Razumijevanje crnačkih principa
Ako pomiješamo vruću i hladnu vodu u otvorenoj posudi (na primjer, kanti), toplina se prenosi s vruće vode na hladnu vodu. Budući da je posuda otvorena, dio topline prenosi se na zrak. Posuda također postaje toplija. Toplinu koju oslobađa vruća voda ne apsorbira samo hladna voda, već i zrak i posuda. U ovom slučaju, kanta je neizolirani sustav.
Kada miješamo vruću i hladnu vodu u zatvorenoj termosici, toplina se prenosi s vruće vode na hladnu vodu. Termos je izolirani sustav , tako da se toplina ne prenosi na zrak ili termos. Toplinu koju oslobađa vruća voda jednostavno apsorbira hladna voda dok smjesa ne postigne toplinsku ravnotežu.
Blackov princip kaže da je u izoliranom zatvorenom sustavu toplina koju oslobađa objekt visoke temperature = toplini koju apsorbira objekt niske temperature.
Blackova osnovna formula
Qlepas = Qapsorbirati
Opis: Qlepas = toplina koju oslobađa objekt visoke temperature, Qapsorbirati = toplina koju apsorbiraju objekti niske temperature.
Primjeri pitanja o Blackovom principu
1. Komad vrućeg željeza mase 1 kg i temperature 100 oC se stavlja u posudu s vodom mase 2 kg i temperature 20 oC. Kolika je konačna temperatura smjese? Specifična toplina željeza = 450 J/kg Co, specifična toplina vode = 4200 J/kg Co.
Rasprava:
Poznato je :
m željeza = 1 kg, Tzaliha = 100 oC, m vode = 2 kg, Tzrak = 20 oC, c željeza = 450 J/kg Co, c vode = 4200 J/kg Co.
Pitao :
T mješavina?
Jawab :
Željezo ima višu temperaturu od vode pa željezo oslobađa toplinu, a voda apsorbira toplinu.
(m)(c)(delta T) = (m)(c)(delta T)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400T – 168000
45000 + 168000 = 8400 T + 450 T
213000 = 8850 T
T = 213000 : 8850
T = 24 oC
Suhu Konačna temperatura smjese vrućeg željeza i hladne vode kada su oboje u toplinskoj ravnoteži je 24 oC.
2. Pitanje br. 20 za nacionalni ispit iz fizike za akademsku godinu 2015./2016./2016.
75 grama vode temperature 0 ° C pomiješa se s 50 grama vode tako da temperatura smjese bude 40 ° C, pa je početna temperatura 50 grama vode...
A. 125 ° C
B. 120 ° C
110 ° C
D. 100 ° C
E. 80 ° C
Rasprava
Poznato je da:
Masa vode 1 (m 1 ) = 75 grama
Početna temperatura vode 1 (T1 ) = 0 ° C
Masa vode 2 (m 2 ) = 50 grama
Konačna temperatura smjese (T) = 40 ° C
Jedinice mase su iste pa nije potrebna pretvorba.
Željena: Početna temperatura vode 2 ( T2 )
Odgovor:
Blackov princip kaže da je u izoliranom zatvorenom sustavu toplina koju oslobađa objekt visoke temperature jednaka toplini koju apsorbira objekt niske temperature.
Oslobođeni Q = apsorbirani Q
m1c ( ΔT1 ) = m2c ( ΔT2 )
Specifična toplina vode je ista pa se c eliminira iz jednadžbe.
m1 ( ΔT1 ) = m2 ( ΔT2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T2 – 40)
(75)(40) = (50)(T2 – 40)
3000 = 50 T 2 – 2000
3000 + 2000 = 50 T 2
5000 = 50 T 2
T2 = 100
Točan odgovor je D.
3. Pitanje br. 20 za nacionalni ispit iz fizike za akademsku godinu 2015./2016./2016.
Metal mase 200 grama zagrijava se na 120 ° C, a zatim se stavlja u 100 grama vode temperature 30 ° C. Nakon postizanja ravnoteže, temperatura smjese postaje 60 ° C. Ako je specifična toplina vode 4200 J.kg -1 ° C -1 , tada je specifična toplina metala...
A. 10,5 J.kg -1o C -1
B. 105 J.kg -1o C -1
C. 150 J.kg -1o C -1
D. 1050 J.kg -1o C -1
E. 1500 J.kg -1o C -1
Rasprava
Pretvaranje jedinica mase iz grama u kilograme (Međunarodni sustav mjernih jedinica)
Poznato je da:
Masa metala (m1 ) = 200 grama = 0,2 kg
Temperatura metala (T1 ) = 120 ° C
Masa vode (m² ) = 100 grama = 0,1 kg
Temperatura vode (T2 ) = 30 ° C
Konačna temperatura smjese (T) = 60 ° C
Specifična toplina vode (c² ) = 4200 J.kg⁻¹ ° C⁻¹
Pitanje: Specifična toplina metala ( c1 )
Odgovor:
Oslobođeni Q = apsorbirani Q
m1 c1 (ΔT1) = m2 c2 (ΔT2)
(0,2)(c1 ) (120 – 60) = (0,1)(4200)(60 – 30)
(0,2)(c1 ) (60) = (0,1)(4200)(30)
12 c 1 = 12600
c1 = 12600 / 12
c1 = 1050
Točan odgovor je D.
4. Pitanja za nacionalni ispit SMA/MA 2018.
250 ml kipuće vode (100 ° C) ulije se u posudu koja sadrži 400 ml vode temperature 35 ° C. Nakon što se postigne toplinska ravnoteža, temperatura smjese je… (specifična toplina vode 1,0 cal.gr -1 . ° C -1 )
Rasprava
Poznato je:
Temperatura tople vode = 100 ° C
Volumen vruće vode = 250 ml = 0,25 litara = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³ ) = 250 cm³
Temperatura hladne vode = 35 ° C
Volumen hladne vode = 400 ml = 0,4 litre = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³ ) = 400 cm³
Specifična toplina vode = 1,0 cal.gr -1 . ° C -1
Gustoća vode = 1 gr/ cm³
Pitanje: Temperatura smjese
Džavab:
Izračunajte masu tople i hladne vode koristeći formulu gustoće:
m = ρV
m = masa, ρ = gustoća, V = volumen
Masa vruće vode: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (250 cm³ ) = 250 grama
Masa hladne vode: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (400 cm³ ) = 400 grama
Izračunajte temperaturu smjese koristeći Blackovu glavnu formulu:
Toplina koju apsorbira hladna voda = toplina koju oslobodi vruća voda
mc ΔT = mc ΔT
Specifična toplina je ista pa se eliminira iz jednadžbe.
m ΔT = m ΔT
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000 / 650
T = 60 ° C
