15 esempi di domande sul principio di Black
1. Ghiaccio del peso di 0,2 kg viene mescolato con tè caldo del peso di 0,2 kg. La temperatura del ghiaccio = – 10oC, temperatura del tè caldo = 40oC. Calore specifico del ghiaccio = 2100 J/kg °Co, calore specifico dell'acqua = 4200 J/kg °CoIl calore latente di fusione dell'acqua è pari a 334.000 J/kg. Se ghiaccio e tè caldo vengono mescolati in un sistema chiuso e isolato, determinare la temperatura finale della miscela.
Discussione
È conosciuto :
Massa del ghiaccio (m es) = 0,2 kg
Massa di acqua calda per il tè (m tè) = 0,2 kg
Calore specifico dell'acqua (c acqua) = 4180 J/kg °Co
Calore specifico del ghiaccio (c es) = 2100 J/kg °Co
Calore di fusione dell'acqua (L)f acqua) = 334.000 J/kg
Temperatura del ghiaccio (T es) = -10oC
Temperatura dell'acqua per il tè caldo (T tè) = 40oC
Chiesto : temperatura finale della miscela (T miscela) ?
Jawab :
Primo passo: stimare lo stato finale.
Il calore che deve essere rilasciato dall'acqua per abbassare la temperatura di 0,2 kg di tè caldo da 40oDa C a 0oC:
Il calore assorbito da 0,2 kg di ghiaccio per aumentare la sua temperatura da -10oDa C a 0oC:
Calore assorbito per fondere 0,2 kg di ghiaccio (calore necessario per trasformare tutto il ghiaccio in acqua):
Sulla base dei calcoli sopra riportati, sono stati ottenuti i seguenti risultati:
Q rilasciato = 33,444 kJ
Q ricevuto = 4,2 kJ
Q fusione = 66,8 kJ
Quando il tè caldo rilascia 33,44 kJ di calore, la sua temperatura passa da 40 °C a 0 °C. Parte del calore rilasciato (circa 4,2 kJ) viene utilizzato per portare la temperatura del ghiaccio da -10 °C a 0 °C. oDa C a 0oC. 33,44 kJ – 4,2 kJ = 29,24 kJ. Per sciogliere tutto il ghiaccio e trasformarlo in acqua, sono necessari 66,8 kJ di calore. Il calore rimanente è di 29,24 kJ.
Si può concludere che il calore rilasciato dal tè caldo viene utilizzato solo per aumentare la temperatura del ghiaccio da -10 oDa C a 0oC e scioglie parte del ghiaccio. Parte del ghiaccio si è trasformata in acqua, parte no. Durante il processo di trasformazione da solido a liquido, la temperatura non cambia. Pertanto, la temperatura finale della miscela è 0oC.
2. Massa del tè caldo = 0,4 kg, massa del ghiaccio = 0,2 kg, temperatura dei cubetti di ghiaccio = -10oC, temperatura del tè caldo = 90oC. Se entrambi vengono mescolati, qual è la temperatura finale della miscela?
Discussione
Primo passo: stimare lo stato finale
Il calore che deve essere rilasciato dall'acqua per abbassare la temperatura di 0,4 kg di acqua calda del tè da 90oDa C a 0oC:
Il calore ricevuto da 0,2 kg di ghiaccio per aumentare la sua temperatura da -10oDa C a 0oC:
Il calore necessario per fondere 0,2 kg di ghiaccio (il calore necessario per trasformare tutto il ghiaccio in acqua):
Sulla base dei calcoli sopra riportati, sono stati ottenuti i seguenti risultati:
Q rilasciato = 150,48 kJ
Q ricevuto = 4,2 kJ
Q fusione = 66,8 kJ
Quando il tè caldo rilascia 150,48 kJ di calore, la sua temperatura passa da 90 °C a 0 °C. Parte del calore rilasciato (4,2 J) viene utilizzato per portare la temperatura del ghiaccio da -10 °C a 0 °C. 150,48 kJ – 4,8 kJ = 146,28 kJ. Il calore rimanente è pari a 146,28 kJ.
Il calore necessario per sciogliere tutto il ghiaccio in acqua è di soli 66,8 kJ. 146,28 kJ – 66,8 kJ = 79,48 kJ. Il tè caldo non ha bisogno di rilasciare tutto il suo calore finché la sua temperatura non scende a 0oC. In conclusione, la temperatura finale della miscela deve essere maggiore di 0oC.
Secondo passaggio: determinare la temperatura finale (T)
Il calore necessario per aumentare la temperatura del ghiaccio da -10oDa C a 0oC è pari a 4200 J.
Il calore necessario per fondere tutto il ghiaccio in acqua (calore latente) = 66.800 J
Il calore necessario per aumentare la temperatura dell'acqua (acqua risultante dallo scioglimento di tutto il ghiaccio) da 0oDa C a ToC = (massa del ghiaccio)(calore specifico dell'acqua)(T – 0) = (0,2)(4180)(T) = 836 T
Il calore rilasciato dal tè caldo per abbassare la sua temperatura da 90°C a T = (densità dell'acqua)(90-T) = (0,4)(4180)(90 – T) = 1672 (90-T) = 150.480 – 1672 T

3. 60 grammi di acqua a una temperatura di 90oC (calore specifico dell'acqua = 1 cal.g-1.oC-1) mescolato con 40 grammi di acqua simile a una temperatura di 25oC. Se nessun altro fattore influenza questo processo, la temperatura finale della miscela è…
A 15,4 oC
B. 23,0 oC
C. 46,0 oC
D. 64,0 oC
E. 77,0 oC
Discussione
È conosciuto :
Massa dell'acqua 1 (m1) = 60 grammi
Temperatura dell'acqua 1 (T1) = 90oC
Massa dell'acqua 2 (m2) = 40 grammi
Temperatura dell'acqua 2 (T2) = 25oC
Calore specifico acqua (c) = 1 cal.g-1.oC-1
Chiesto : woohoo mix finale
Jawab :
Calore rilasciato dall'acqua ad alta temperatura (Q rilasciato) = calore assorbito dall'acqua a bassa temperatura (Q assorbito)
m1 c (ΔT) = m2 c (ΔT)
(60)(1)(90 – T) = (40)(1)(T – 25)
(60)(90 – T) = (40)(T – 25)
5400 – 60T = 40T – 1000
5400 + 1000 = 40T + 60T
6400 = 100T
T = 6400/100
T = 64oC
La risposta corretta è D.
4. Un pezzo di alluminio ha una massa di 500 grammi e una temperatura di 30 oC viene messo in un recipiente contenente acqua con una massa di 200 grammi e una temperatura di 90 oC. Se si sa che il calore specifico dell'alluminio è pari a 0,22 cal/g °Co e il calore specifico dell'acqua è 1 cal/g °Co, quindi la temperatura finale dell'acqua e dell'alluminio è...
A 20,3 oC
B. 42,2 oC
C. 68,7 oC
D. 80,5 oC
E. 100 oC
Discussione:
L'unità di massa, grammi (g), non necessita di essere convertita in chilogrammi (kg) perché il calore specifico dell'alluminio e il calore specifico dell'acqua sono espressi in cal/g °C.o.
È conosciuto :
m alluminio = 500 grammi
c alluminio = 0,22 cal/gCo
Alluminio T = 30 oC
m acqua = 200 grammi
c acqua = 1 cal/gCo
T acqua = 90 oC
Chiesto :
Temperatura finale (T) dell'acqua e dell'alluminio?
Jawab :
Formula del calore : Q = (m)(c)(delta T)
Q acqua = = (200 grammi)(1 cal/gCo) (90 oC – T)
Q alluminio = (500 grammi)(0,22 cal/gCo)(T– 30 oC)
La formula base di Black :Q lepa = D Serap
L'acqua ha una temperatura iniziale più elevata (90 oC) affinché l'acqua rilasci calore, l'alluminio ha una temperatura iniziale inferiore (30 oC) in modo che l'alluminio assorba calore. La temperatura finale della miscela di acqua e alluminio deve essere inferiore alla temperatura iniziale dell'acqua e superiore alla temperatura iniziale dell'alluminio.
(200 grammi)(1 cal/gCo) (90 oC – T) = (500 grammi)(0,22 cal/g Co)(T– 30 oC)
(200)(1)(90-T) = (500)(0,22)(T-30)
(200)(90-T) = (110)(T-30)
18000 – 200 T = 110 T – 3300
18000 + 3300 = 110 T + 200 T
21300 = 310 T
T = 68,7 oC
La temperatura finale della combinazione di acqua e alluminio è 68,7 oC.
La risposta corretta è C.
5. Un pezzo di metallo con una massa di 300 grammi a una temperatura di 80 oC immerso in 200 grammi di acqua a 40 oC. Calore specifico dell'acqua = 1 cal/g °Co. Se la temperatura finale della miscela di metallo e acqua è 50o Se il contenitore non assorbe calore, allora il calore specifico del metallo è…
A. 0,15 cal/g Co
B. 0,22 cal/g Co
C. 1,50 cal/g Co
D. 4,8 cal/g Co
E. 7,2 cal/g Co
Discussione:
È conosciuto :
m metallo = 300 grammi
Metallo T = 80 oC
m acqua = 200 grammi
T acqua = 40 oC
c acqua = 1 cal/g Co
T miscela finale di metallo e acqua = 50 oC
Chiesto :
metallo c?
Jawab :
Q metallo = (m)(c)(delta T) = (300 grammi)(c metallo)(80oC - 50oC) = (300 grammi)(c metallo)(30 Co)
Q acqua = (m)(c)(delta T) = (200 grammi)(1 cal/g Co) (60oC - 50oC) = (200 grammi)(1 cal/g Co)(10 Co)
La formula base di Black :Q lepa = D Serap
Il metallo ha una temperatura iniziale più elevata (80 oC) affinché il metallo rilasci calore, l'acqua ha una temperatura iniziale inferiore (40 oC) in modo che l'acqua assorba calore.
(300 grammi)(c metallo)(30 Co) = (200 grammi)(1 cal/g Co)(10 Co)
(300)(c)(30) = (200)(1)(10)
9000 c = 2000
c = 2000 / 9000
c = 0,22 cal/g Co
Il calore specifico del metallo è 0,22 cal/g °Co.
La risposta corretta è B.
6. Due palline identiche hanno la stessa temperatura di 40 oC, le due sfere hanno masse rispettivamente di 10 grammi e 40 grammi. Entrambe le sfere sono poste in un fluido, in modo che la temperatura di entrambe le sfere aumenti a 60oC. Se il calore specifico della sfera è 2 cal/gr °Co e 1 caloria = 4,2 Joule, quindi la differenza di calore assorbita da ciascuna palla è...
A. 5,04 x 103 Joule
B. 7,50 x 103 Joule
C. 10,6 x 103 Joule
D. 40 x 103 Joule
E. 42 x 103 Joule
Discussione:
È conosciuto :
m1 = 10 grammi
m2 = 40 grammi
T1 = T2 = 40 oC
T aquilone = 60 oC
palla c = 2 cal/gr Co
Chiesto :
Qual è la differenza di calore assorbito da ciascuna sfera?
Jawab :
La temperatura di entrambe le sfere aumenta perché entrambe devono assorbire calore.
Q1 = (10 gr)(2 cal/gr Co) (60odo-40oC) = (10 gr)(2 cal/gr Co)(20 Co) = 400 cal = (400)(4,2 J) = 1680 Joule
Q2 = (40 gr)(2 cal/gr Co) (60odo-40oC) = (40 gr)(2 cal/gr Co)(20 Co) = 1600 cal = (1600)(4,2 J) = 6720 Joule
La differenza di calore assorbito da ciascuna sfera:
6720 J – 1680 J = 5040 J = 5,04 x 103 J
La risposta corretta è A.
7. Acqua con una massa di 200 grammi a una temperatura di 30°C viene mescolata con acqua bollente con una massa di 100 grammi e una temperatura di 90°C. (Calore specifico dell'acqua = 1 cal/grammo)-1° C-1). La temperatura dell'acqua miscelata al momento dell'equilibrio termico è….
A. 10 °C
B. 30°C
C. 50°C
D. 75°C
E. 150°C
Discussione
È conosciuto :
Massa dell'acqua 1 (m1) = 200 grammi
Temperatura dell'acqua 1 (T1) = 30oC
Massa dell'acqua 2 (m2) = 100 grammi
Temperatura dell'acqua 2 (T2) = 90oC
Calore specifico dell'acqua (c) = 1 cal/grammo-1° C-1
Chiesto temperatura finale della miscela
Jawab :
Calore rilasciato dall'acqua ad alta temperatura (Q rilasciato) = calore assorbito dall'acqua a bassa temperatura (Q assorbito)

La risposta corretta è C.
8. Ilfino a 60 grammi a una temperatura di 90oC (calore specifico dell'acqua = 1 cal.g-1.oC-1) mescolato con 40 grammi di acqua simile a una temperatura di 25oC. Se nessun altro fattore influenza questo processo, la temperatura finale della miscela è…
A 15,4 oC
B. 23,0 oC
C. 46,0 oC
D. 64,0 oC
E. 77,0 oC
Discussione
È conosciuto :
Massa dell'acqua 1 (m1) = 60 grammi
Temperatura dell'acqua 1 (T1) = 90oC
Massa dell'acqua 2 (m2) = 40 grammi
Temperatura dell'acqua 2 (T2) = 25oC
Calore specifico dell'acqua (c) = 1 cal.g-1.oC-1
Chiesto temperatura finale della miscela
Jawab :
Calore rilasciato dall'acqua ad alta temperatura (Q rilasciato) = calore assorbito dall'acqua a bassa temperatura (Q assorbito)

La risposta corretta è D.
9. Ghiaccio con una massa di M grammi a una temperatura di 0oC, messo in acqua del peso di 340 grammi a una temperatura di 20oC posto in un recipiente speciale. Si supponga che il recipiente non assorba/rilasci calore. Se Les = 80 cal g-1, Caria = 1 cal g-1 oC-1, tutto il ghiaccio si scioglie e si raggiunge l'equilibrio termico a una temperatura di 5oC, quindi la massa di ghiaccio (M) è…
A. 60 grammi
B. 68 grammi
Circa 75 grammi
D. 80 grammi
E. 170 grammi
Discussione
È conosciuto :
Massa dell'acqua (m) = 340 grammi
Temperatura del ghiaccio (Tes) = 0oC
Temperatura dell'acqua (Taria) = 20oC
Temperatura di equilibrio termico (T) = 5oC
Calore di fusione del ghiaccio (Les) = 80 cal g-1
Calore specifico dell'acqua (caria) = 1 cal g-1 oC-1
Chiesto : Massa del ghiaccio (M)
Jawab :
Principio Nero 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.
Calore rilasciato dall'acqua (Q rilasciato) = calore assorbito dal ghiaccio (Q assorbito)

La risposta corretta è A.
Nota:
Se si afferma che il ghiaccio ha una temperatura di 0o allora l'acqua è ancora allo stato solido. Se si afferma che la temperatura dell'acqua è 0oC quindi l'acqua è in forma liquida. Differenziare l'uso delle parole ghiaccio e acqua. Poiché l'acqua è ancora in forma solida o di ghiaccio, il calore assorbito prima viene utilizzato per fondere tutto il ghiaccio in acqua, quindi sul lato destro dell'equazione sopra, viene aggiunta una formula per calcolare la quantità di calore per fondere il ghiaccio (mes Les). Dopo che tutto il ghiaccio si è sciolto in acqua, viene utilizzato calore aggiuntivo per aumentare la temperatura del ghiaccio da 0oC diventa 5oC.
10 Metallo di rame a una temperatura di 100oC viene messo in acqua con una massa di 128 grammi e una temperatura di 30 oC. Calore specifico dell'acqua 1 cal.g-1°C-1 e il calore specifico del rame è 0,1 cal/g-1°C-1. Se l'equilibrio termico si verifica a una temperatura di 36 oC, quindi la massa del metallo è…
A. 140 grammi
B. 120 grammi
Circa 100 grammi
D. 80 grammi
E. 75 grammi
Discussione
È noto che:
Temperatura del rame (T1) = 100 oC
Calore specifico del rame (c1) = 0,1 cal.g-1°C-1
Massa d'acqua (m2) = 128 grammi
Temperatura dell'acqua (T2) = 30 oC
Calore specifico dell'acqua (c2) = 1 cal.g-1°C-1
Temperatura di equilibrio termico (T) = 36 oC
Chiesto: Massa di rame (m1)
Risposta :
Il principio di Black afferma che il calore rilasciato da un oggetto ad alta temperatura è uguale al calore ricevuto da un oggetto a bassa temperatura.

La risposta corretta è B.
11 Tre chilogrammi di barra di piombo nero con un calore specifico di 1400 J/kg-1C-1 temperatura 80oC è immerso in 10 kg di acqua con un calore specifico di 4200 J/kg-1C-1Dopo che si verifica l'equilibrio termico, la temperatura finale della miscela è 20oC. La temperatura iniziale dell'acqua è…
A 20 oC
B. 18 oC
C. 14 oC
D. 12 oC
E. 10 oC
Discussione
È noto che:
Massa di piombo (m1) = 3 kg
Calore specifico dello stagno (c1) = 1400 J.kg-1C-1
Temperatura dello stagno (T1) = 80 oC
Massa d'acqua (m2) = 10 kg
Calore specifico dell'acqua (c2) = 4200 J.kg-1C-1
Temperatura di equilibrio termico (T) = 20 oC
Chiesto: Temperatura iniziale dell'acqua (T2)
Risposta :

La risposta corretta è C.
12 Una moneta da 50 grammi viene riscaldata a una temperatura di 85oC, quindi immerso in un recipiente contenente 50 grammi di acqua a una temperatura di 29,8oC (calore specifico dell'acqua = 1 cal.g-1.oC-1). Se la temperatura finale del sistema è 37oC e supponendo che non vi sia alcun cambiamento di calore attraverso il recipiente, allora il calore specifico del metallo è…
A. 0,12 cal.g-1.oC-1
B. 0,30 cal.g-1.oC-1
C. 1,50 cal.g-1.oC-1
D. 4,8 cal.g-1.oC-1
E. 7,2 cal.g-1.oC-1
Discussione
È noto che:
Massa della moneta (m) = 50 grammi
Temperatura iniziale della moneta (T1) = 85oC
Massa dell'acqua (m) = 50 grammi
Temperatura iniziale dell'acqua (T2) = 29,8oC
Calore specifico dell'acqua = 1 cal/g-1.oC-1
Temperatura finale del sistema (T) = 37oC
Chiesto: Calore specifico del metallo (c)
Risposta :
Il principio di Black afferma che il calore rilasciato è uguale al calore assorbito. La moneta rilascia calore e l'acqua lo assorbe, fino al raggiungimento dell'equilibrio termico.
Tutte le unità sono espresse in grammi, quindi non è necessario effettuare conversioni.
Q lepa = D Serap
maccedere c ΔT = maria c ΔT
(50)(c)(85-37) = (50)(1)(37-29,8)
(50)(c)(48) = (50)(7,2)
(50)(c)(48) = (50)(7,2)
(c)(48) = 7,2
c = 7,2 / 48
c = 0,15 cal.g-1.oC-1
13. Metallo di rame a una temperatura di 100oC viene messo in acqua con una massa di 128 grammi e una temperatura di 30 oC. Calore specifico dell'acqua 1 cal.g-1 °C-1 e il calore specifico del rame è 0,1 cal/g-1 oC-1. Se l'equilibrio termico si verifica a una temperatura di 36 oC, quindi la massa del metallo è…
A. 140 grammi
B. 120 grammi
Circa 100 grammi
D. 80 grammi
E. 75 grammi
Discussione
È noto che:
Temperatura del rame (T1) = 100 oC
Calore specifico del rame (c1) = 0,1 cal.g-1 oC-1
Massa d'acqua (m2) = 128 grammi
Temperatura dell'acqua (T2) = 30 oC
Calore specifico dell'acqua (c2) = 1 cal.g-1 oC-1
Temperatura di equilibrio termico (T) = 36 oC
Domanda: Massa di rame (m1)
Risposta :
Il principio di Black afferma che il calore rilasciato da un oggetto ad alta temperatura è uguale al calore ricevuto da un oggetto a bassa temperatura.
Q rame = Q acqua
m1 c1 ΔT = m2 c2 AT
(m1)(0,1)(100-36) = (128)(1)(36-30)
(m1)(0,1)(64) = (128)(1)(6)
(m1)(6,4) = 768
m1 = 768 / 6,4
m1 = 120
La massa del rame è di 120 grammi.
La risposta corretta è B.
14. Tre chilogrammi di barra di piombo nero con un calore specifico di 1400 J/kg-1 C-1 temperatura 80oC è immerso in 10 kg di acqua con un calore specifico di 4200 J/kg-1 C-1Dopo che si verifica l'equilibrio termico, la temperatura finale della miscela è 20oC. La temperatura iniziale dell'acqua è…
A 20 oC
B. 18 oC
C. 14 oC
D. 12 oC
E. 10 oC
Discussione
È noto che:
Massa di piombo (m1) = 3 kg
Calore specifico dello stagno (c1) = 1400 J.kg-1 C-1
Temperatura dello stagno (T1) = 80 oC
Massa d'acqua (m2) = 10 kg
Calore specifico dell'acqua (c2) = 4200 J.kg-1 C-1
Temperatura di equilibrio termico (T) = 20 oC
Ricerca: Temperatura iniziale dell'acqua (T2)
Risposta :
Q rilasciato = Q ricevuto
Q stagno = Q acqua
m1 c1 ΔT = m2 c2 AT
(3)(1.400)(80-20) = (10)(4.200)(20-T)
(4.200)(60) = (42.000)(20-T)
252.000 = 840.000 – 42.000 T
42.000 T = 840.000 – 252.000
42.000 tonnellate = 588.000
T = 588.000 / 42.000
T = 14
La temperatura iniziale dell'acqua è 14oC.
La risposta corretta è C.
15. Ghiaccio con una massa di M grammi a una temperatura di 0oC, messo in acqua del peso di 340 grammi a una temperatura di 20oC posto in un recipiente speciale. Si supponga che il recipiente non assorba/rilasci calore. Se Les = 80 cal g-1, Caria = 1 cal g-1 oC-1, tutto il ghiaccio si è sciolto e equilibrio termico raggiunto a una temperatura di 5oC, quindi la massa di ghiaccio (M) è…
A. 60 grammi
B. 68 grammi
Circa 75 grammi
D. 80 grammi
E. 170 grammi
Discussione
È conosciuto :
Massa dell'acqua (m) = 340 grammi
Temperatura del ghiaccio (Tes) = 0oC
Asciutto acqua (Taria) = 20oC
Temperatura di equilibrio termico (T) = 5oC
Calore di fusione del ghiaccio (Les) = 80 cal g-1
Calore specifico dell'acqua (caria) = 1 cal g-1 oC-1
Chiesto : Massa del ghiaccio (M)
Jawab :
Principio Nero 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.
Calore rilasciato dall'acqua (Q rilasciato) = calore assorbito dal ghiaccio (Q assorbito)
maria caria ( T) = mes Les +mes caria ( T)
(340)(1)(20-5) = M (80) + M (1)(5-0)
(340)(15) = 80M + 5M
5100 = 85 milioni
M=5100/85
M = 60 grammi
La risposta corretta è A.
Nota:
Se si afferma che il ghiaccio ha una temperatura di 0o allora l'acqua è ancora allo stato solido. Se si afferma che la temperatura dell'acqua è 0oC quindi l'acqua è in forma liquida. Differenziare l'uso delle parole ghiaccio e acqua. Poiché l'acqua è ancora in forma solida o di ghiaccio, il calore assorbito prima viene utilizzato per fondere tutto il ghiaccio in acqua, quindi sul lato destro dell'equazione sopra, viene aggiunta una formula per calcolare la quantità di calore per fondere il ghiaccio (mes Les). Dopo che tutto il ghiaccio si è sciolto in acqua, viene utilizzato calore aggiuntivo per aumentare la temperatura del ghiaccio da 0oC diventa 5oC.
Fonte della domanda:
Domande di fisica per l'esame nazionale di fisica per la scuola superiore/istituto professionale.