Comprendere i principi dei neri
Se mescoliamo acqua calda e fredda in un recipiente aperto (ad esempio, un secchio), il calore si trasferisce dall'acqua calda a quella fredda. Poiché il recipiente è aperto, parte del calore si disperde nell'aria. Anche il recipiente si riscalda. Il calore rilasciato dall'acqua calda non viene assorbito solo dall'acqua fredda, ma anche dall'aria e dal recipiente stesso. In questo caso, il secchio costituisce un sistema non isolato.
Quando mescoliamo acqua calda e fredda in un thermos chiuso, il calore si trasferisce dall'acqua calda a quella fredda. Il thermos è un sistema isolato , quindi non vi è scambio di calore con l'aria o con il thermos stesso. Il calore rilasciato dall'acqua calda viene semplicemente assorbito dall'acqua fredda fino a quando la miscela non raggiunge l'equilibrio termico.
Il principio di Black afferma che in un sistema chiuso e isolato, il calore rilasciato da un oggetto ad alta temperatura è uguale al calore assorbito da un oggetto a bassa temperatura.
La formula base di Black
Qlepa = DSerap
Descrizione: Qlepa = calore rilasciato da un oggetto ad alta temperatura, QSerap = calore assorbito da oggetti a bassa temperatura.
Esempi di domande sul principio di Black
1. Un pezzo di ferro caldo con una massa di 1 kg e una temperatura di 100 oC viene messo in un contenitore contenente acqua con una massa di 2 kg e una temperatura di 20 oC. Qual è la temperatura finale della miscela? Calore specifico del ferro = 450 J/kg °Co, calore specifico dell'acqua = 4200 J/kg °Co.
Discussione:
È conosciuto :
m ferro = 1 kg, Tbesi = 100 oC, m acqua = 2 kg, Taria = 20 oC, c ferro = 450 J/kg Co, c acqua = 4200 J/kg Co.
Chiesto :
Mix T?
Jawab :
Il ferro ha una temperatura più elevata dell'acqua, quindi il ferro rilascia calore, mentre l'acqua lo assorbe.
(m)(c)(delta T) = (m)(c)(delta T)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 T + 450 T
213000 = 8850 T
T = 213000 : 8850
T = 24 oC
Asciutto La temperatura finale di una miscela di ferro caldo e acqua fredda quando entrambi sono in equilibrio termico è 24 oC.
2. Domanda n. 20 dell'esame nazionale di fisica per la scuola secondaria superiore (SMA/MA) 2015/2016.
75 grammi di acqua a una temperatura di 0 ° C vengono mescolati con 50 grammi di acqua in modo che la temperatura della miscela sia di 40 ° C, quindi la temperatura iniziale dei 50 grammi di acqua è...
A. 125 ° C
B. 120 ° C
C. 110 ° C
D. 100 ° C
E. 80 ° C
Discussione
È noto che:
Massa dell'acqua 1 (m 1 ) = 75 grammi
Temperatura iniziale dell'acqua 1 (T 1 ) = 0 ° C
Massa dell'acqua 2 (m 2 ) = 50 grammi
Temperatura finale della miscela (T) = 40 ° C
Le unità di massa sono le stesse, quindi non è necessaria alcuna conversione.
Ricerca: Temperatura iniziale dell'acqua 2 (T 2 )
Risposta :
Il principio di Black afferma che in un sistema chiuso e isolato, il calore rilasciato da un oggetto ad alta temperatura è uguale al calore assorbito da un oggetto a bassa temperatura.
Q rilasciato = Q assorbito
m 1 c ( Δ T 1 ) = m 2 c ( Δ T 2 )
Il calore specifico dell'acqua è lo stesso, quindi c viene eliminato dall'equazione.
m 1 ( Δ T 1 ) = m 2 ( Δ T 2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T 2 – 40)
(75)(40) = (50)(T 2 – 40)
3000 = 50 T 2 – 2000
3000 + 2000 = 50 T 2
5000 = 50 T 2
T 2 = 100
La risposta corretta è D.
3. Domanda n. 20 dell'esame nazionale di fisica per la scuola secondaria superiore (SMA/MA) 2015/2016.
Un metallo di 200 grammi viene riscaldato a 120 ° C e poi immerso in 100 grammi di acqua a una temperatura di 30 ° C. Dopo l'equilibrio, la temperatura della miscela diventa 60 ° C. Se il calore specifico dell'acqua è 4200 J/kg · ° C , allora il calore specifico del metallo è...
A. 10,5 J.kg -1 ° 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
Discussione
Conversione delle unità di massa da grammi a chilogrammi (Sistema Internazionale di Unità)
È noto che:
Massa del metallo (m 1 ) = 200 grammi = 0,2 kg
Temperatura del metallo (T 1 ) = 120 ° C
Massa dell'acqua (m² ) = 100 grammi = 0,1 kg
Temperatura dell'acqua (T 2 ) = 30 ° C
Temperatura finale della miscela (T) = 60 ° C
Calore specifico dell'acqua (c 2 ) = 4200 J.kg -1 o C -1
Domanda: Calore specifico del metallo (c 1 )
Risposta :
Q rilasciato = Q assorbito
m1 c1 (ΔT1) = m2 c2 (ΔT2)
(0,2)(c 1 )(120 – 60) = (0,1)(4200)(60 – 30)
(0,2)(c 1 )(60) = (0,1)(4200)(30)
12 c 1 = 12600
c 1 = 12600 / 12
c 1 = 1050
La risposta corretta è D.
4. Soal UN SMA/MA 2018
250 ml di acqua bollente (100 ° C) vengono versati in una pentola contenente 400 ml di acqua a una temperatura di 35 ° C. Dopo che si è raggiunto l'equilibrio termico, la temperatura della miscela è… (calore specifico dell'acqua 1,0 cal.gr -1 . ° C -1 )
Discussione
E 'noto:
Temperatura dell'acqua calda = 100 ° C
Volume di acqua calda = 250 ml = 0,25 litri = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³ ) = 250 cm³
Temperatura dell'acqua fredda = 35 ° C
Volume di acqua fredda = 400 ml = 0,4 litri = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³ ) = 400 cm³
Calore specifico dell'acqua = 1,0 cal.gr -1 . o C -1
Densità dell'acqua = 1 gr/ cm³
Domanda: Temperatura della miscela
Jawab:
Calcola la massa dell'acqua calda e dell'acqua fredda utilizzando la formula della densità:
m = ρ V
m = massa, ρ = densità, V = volume
Massa di acqua calda: m = ρ V = ( 1 gr/cm 3 )(250 cm 3 ) = 250 grammi
Massa dell'acqua fredda: m = ρ V = ( 1 gr/cm 3 )(400 cm 3 ) = 400 grammi
Calcola la temperatura della miscela utilizzando la formula del principio di Black:
Calore assorbito dall'acqua fredda = calore rilasciato dall'acqua calda
mc Δ T = mc Δ T
Il calore specifico è lo stesso, quindi viene eliminato dall'equazione.
m Δ T = m Δ T
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000 / 650
T = 60 ° C
