15 דוגמאות לשאלות עקרון בלאק
1. קרח בעל מסה של 0,2 ק"ג מעורבב עם תה חם בעל מסה של 0,2 ק"ג. טמפרטורת הקרח = – 10 מעלות צלזיוס, טמפרטורת התה החם = 40 מעלות צלזיוס. החום הסגולי של הקרח = 2100 ג'ול/ק"ג CO2 , החום הסגולי של המים = 4200 ג'ול/ק"ג CO2 , חום ההיתוך של המים = 334.000 ג'ול/ק"ג. אם הקרח והתה החם מעורבבים במערכת סגורה ומבודדת, קבע את הטמפרטורה הסופית של התערובת.
דִיוּן
זה ידוע :
מסת הקרח (מטרים) = 0,2 ק"ג
מסת מי התה החמים (m tea) = 0,2 ק"ג
חום סגולי של מים (c מים) = 4180 ג'ול/ק"ג Co
חום סגולי של קרח (c es) = 2100 ג'ול/ק"ג Co
חום היתוך של מים (ליטר)f מים) = 334.000 ג'ול/ק"ג
טמפרטורת הקרח (Tes) = -10oC
טמפרטורת מי התה החמים (תה T) = 40oC
נשאל : הטמפרטורה הסופית של התערובת (תערובת T)?
ג'וואב :
שלב ראשון, הערכת המצב הסופי.
החום שחייב להשתחרר מהמים כדי להוריד את הטמפרטורה של 0,2 ק"ג תה חם מ-40 מעלות צלזיוס.oג עד 0oC:
החום שנספג על ידי 0,2 ק"ג של קרח כדי להעלות את הטמפרטורה שלו מ-10-oג עד 0oC:
חום שנספג כדי להמיס 0,2 ק"ג של קרח (החום הנדרש כדי להפוך את כל הקרח למים):
בהתבסס על החישובים לעיל, התקבלו התוצאות הבאות:
Q ששוחרר = 33,444 קילו-ג'אול
Q שהתקבל = 4,2 קילו-ג'אול
Q התכה = 66,8 קילו-ג'אול
כאשר תה חם משחרר 33,44 קילו-ג'אול של חום, טמפרטורת התה החם משתנה מ-40 מעלות צלזיוס ל-0 מעלות צלזיוס. חלק מהחום המשתחרר (כ-4,2 קילו-ג'אול) משמש להעלאת טמפרטורת הקרח מ-10 מעלות צלזיוס- ל -0 מעלות צלזיוס . 33,44 קילו-ג'אול – 4,2 קילו-ג'אול = 29,24 קילו-ג'אול. כדי להמיס את כל הקרח למים, נדרשים 66,8 קילו-ג'אול של חום. החום הנותר הוא 29,24 קילו-ג'אול.
ניתן להסיק שהחום הנפלט מהתה החם משמש רק להעלאת טמפרטורת הקרח מ-10 ° C- ל-0 ° C ולהמסת חלק מהקרח. חלק מהקרח הפך למים, בעוד שחלק לא. במהלך תהליך המעבר ממוצק לנוזל, הטמפרטורה לא משתנה. לכן, הטמפרטורה הסופית של התערובת היא 0 ° C.
2. מסת התה החם = 0,4 ק"ג, מסת הקרח = 0,2 ק"ג, טמפרטורת קוביות הקרח = -10oמעלות צלזיוס, טמפרטורת תה חם = 90oג. אם שניהם מעורבבים, מהי הטמפרטורה הסופית של התערובת?
דִיוּן
שלב ראשון: הערכת המצב הסופי
החום שחייב להשתחרר מהמים כדי להוריד את הטמפרטורה של 0,4 ק"ג של מי תה חמים מ-90 מעלותoג עד 0oC:
החום שמקבלים 0,2 ק"ג של קרח כדי להעלות את הטמפרטורה שלו מ-10-oג עד 0oC:
החום הנדרש להמסת 0,2 ק"ג קרח (החום הנדרש להמרת כל הקרח למים):
בהתבסס על החישובים לעיל, התקבלו התוצאות הבאות:
Q ששוחרר = 150,48 קילו-ג'אול
Q שהתקבל = 4,2 קילו-ג'אול
Q התכה = 66,8 קילו-ג'אול
כאשר תה חם משחרר 150,48 קילו-ג'אול של חום, טמפרטורת התה החם משתנה מ-90 מעלות צלזיוס ל-0 מעלות צלזיוס. חלק מהחום המשתחרר (4,2 ג'אול) משמש להעלאת טמפרטורת הקרח מ-10 מעלות צלזיוס- ל-0 מעלות צלזיוס. 150,48 קילו-ג'אול – 4,8 קילו-ג'אול = 146,28 קילו-ג'אול. יתרת החום = 146,28 קילו-ג'אול.
החום הנדרש כדי להמיס את כל הקרח למים הוא רק 66,8 קילו-ג'אול. 146,28 קילו-ג'אול – 66,8 קילו-ג'אול = 79,48 קילו-ג'אול. תה חם אינו צריך לשחרר את כל החום שלו עד שהטמפרטורה שלו יורדת ל-0 מעלות.oג. לסיכום, הטמפרטורה הסופית של התערובת חייבת להיות גדולה מ-0oC.
שלב שני: קביעת הטמפרטורה הסופית (T)
החום הנדרש כדי להעלות את טמפרטורת הקרח מ-10-oג עד 0oC הוא 4200 ג'ול.
החום הנדרש כדי להמיס את כל הקרח למים (חום סמוי) = 66.800 ג'ול
החום הנדרש כדי להעלות את טמפרטורת המים (מים הנובעים מהמסת כל הקרח) מ-0oג' עד ת'oC = (מסת הקרח)(חום סגולי של מים)(T – 0) = (0,2)(4180)(T) = 836 T
החום הנפלט על ידי תה חם כדי להוריד את הטמפרטורה שלו מ-90 מעלות צלזיוס ל-T = (צפיפות המים)(90-T) = (0,4)(4180)(90 – T) = 1672 (90-T) = 150.480 – 1672 T
3. 60 גרם מים בטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס (חום סגולי של מים = 1 קלוריות לגרם -1 . מעלות צלזיוס ) מעורבבים עם 40 גרם מים דומים בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס. אם אין גורמים אחרים המשפיעים על תהליך זה, אז הטמפרטורה הסופית של התערובת היא...
A. 15,4 oC
B. 23,0 oC
ג. 46,0 oC
ד. 64,0 oC
א. 77,0 oC
דִיוּן
זה ידוע :
מסת מים 1 (מ"ר1) = 60 גרם
טמפרטורת המים 1 (טמפרטורת1) = 90oC
מסת מים 2 (מ"ר2) = 40 גרם
טמפרטורת המים 2 (טמפרטורת2) = 25oC
חום סגולי מים (ג) = 1 קלוריות.גרם-1.oC-1
נשאל : סוהו תערובת סופית
ג'וואב :
חום הנפלט ממים בטמפרטורה גבוהה (Q הנפלט) = חום הנספג ממים בטמפרטורה נמוכה (Q נספג)
m1 c (ΔT) = m2 c (ΔT)
(60)(1)(90 – ערך) = (40)(1)(ערך – 25)
(60)(90 – ערך) = (40)(ערך – 25)
5400 – 60T = 40T – 1000
5400 + 1000 = 40T + 60T
6400 = 100T
T = 6400/100
T = 64oC
התשובה הנכונה היא ד'.
4. לחתיכת אלומיניום יש מסה של 500 גרם וטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס oC מוכנס לכלי המכיל מים בעלי מסה של 200 גרם וטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס. oג. אם ידוע שהחום הסגולי של אלומיניום הוא 0,22 קלוריות/גרם ג.o והחום הסגולי של מים הוא 1 קלוריות/גרם קוליוןo, אז הטמפרטורה הסופית של המים והאלומיניום היא...
A. 20,3 oC
B. 42,2 oC
ג. 68,7 oC
ד. 80,5 oC
א. 100 oC
דיון:
יחידת המסה, גרם (g), אינה צריכה להיות מומרת לקילוגרמים (kg) מכיוון שהחום הסגולי של אלומיניום והחום הסגולי של מים מתבטאים בקלוריות/גרם C.o.
זה ידוע :
מ' אלומיניום = 500 גרם
c אלומיניום = 0,22 קלוריות/gCo
אלומיניום T = 30 oC
מ"ר מים = 200 גרם
ג מים = 1 קלוריות/גרם גo
מים = 90 oC
נשאל :
טמפרטורה סופית (T) של מים ואלומיניום?
ג'וואב :
נוסחת חום : Q = (m)(c)(delta T)
Q מים = = (200 גרם) (1 קלוריות/gCo)(90 oג – ת)
Q אלומיניום = (500 גרם) (0,22 קלוריות/gCo)(ת– 30 oC)
הנוסחה הבסיסית של בלאק : Q ששוחרר = Q שנספג
למים יש טמפרטורה התחלתית גבוהה יותר (90 oג) כך שמים משחררים חום, לאלומיניום יש טמפרטורה התחלתית נמוכה יותר (30 oג) כך שהאלומיניום סופג חום. הטמפרטורה הסופית של תערובת המים והאלומיניום חייבת להיות נמוכה מהטמפרטורה ההתחלתית של המים וגבוהה מהטמפרטורה ההתחלתית של האלומיניום.
(200 גרם) (1 קלוריות/gCo)(90 oC – T) = (500 גרם)(0,22 קלוריות/גרם Co)(ת– 30 oC)
(200)(1)(90-T) = (500)(0,22)(T-30)
(200)(90-T) = (110)(T-30)
18000 – 200 טון = 110 טון – 3300
18000 + 3300 = 110 טון + 200 טון
21300 = 310 טון
T = 68,7 oC
הטמפרטורה הסופית של שילוב המים והאלומיניום היא 68,7 oC.
התשובה הנכונה היא ג'.
5. חתיכת מתכת עם מסה של 300 גרם בטמפרטורה של 80 oג טבול ב-200 גרם מים ב-40 oג. חום סגולי של מים = 1 קלוריות/גרם גoאם הטמפרטורה הסופית של תערובת המתכת והמים היא 50o ג והמיכל אינו סופג חום, אז החום הסגולי של המתכת הוא...
א. 0,15 קלוריות/גרם Co
ב. 0,22 קלוריות/גרם Co
ג. 1,50 קלוריות/גרם גo
ד. 4,8 קלוריות/גרם Co
E. 7,2 קלוריות/גרם Co
דיון:
זה ידוע :
מ' מתכת = 300 גרם
מתכת T = 80 oC
מ"ר מים = 200 גרם
מים = 40 oC
ג מים = 1 קלוריות/גרם גo
תערובת סופית של מתכת ומים = 50 oC
נשאל :
מתכת ג?
ג'וואב :
Q מתכת = (m)(c)(delta T) = (300 גרם)(c מתכת)(80oC - 50oג) = (300 גרם)(ג מתכת)(30 גo)
Q מים = (m)(c)(delta T) = (200 גרם)(1 קלוריות/גרם Co)(60oC - 50oג) = (200 גרם)(1 קלוריה/גרם גo)(10 גo)
הנוסחה הבסיסית של בלאק : Q ששוחרר = Q שנספג
למתכת יש טמפרטורה התחלתית גבוהה יותר (80 oג) כך שהמתכת משחררת חום, למים יש טמפרטורה התחלתית נמוכה יותר (40 oג) כך שהמים יספגו חום.
(300 גרם)(c מתכת)(30 Co) = (200 גרם)(1 קלוריות/גרם Co)(10 גo)
(300)(c)(30) = (200)(1)(10)
9000 ג = 2000
ג = 2000 / 9000
c = 0,22 קלוריות/גרם Co
החום הסגולי של מתכת הוא 0,22 קלוריות/גרם Co.
התשובה הנכונה היא ב'.
6. לשני כדורים זהים יש את אותה טמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס. oג, לשני הכדורים יש מסה של 10 גרם ו-40 גרם בהתאמה. שני הכדורים מונחים בנוזל, כך שהטמפרטורה של שני הכדורים עולה ל-60 מעלות צלזיוס.oג. אם החום הסגולי של הכדור הוא 2 קלוריות/גרם גo וקלוריה אחת = 4,2 ג'אול, אז ההבדל בחום שנספג על ידי כל כדור הוא...
א. 5,04 x 103 ג'אוּל
ב. 7,50 x 103 ג'אוּל
ג. 10,6 על 103 ג'אוּל
עומק 40 על 103 ג'אוּל
ה. 42 x 103 ג'אוּל
דיון:
זה ידוע :
m1 = 10 גרם
m2 = 40 גרם
T1 = ת2 = 40 oC
T אקהיר = 60 oC
כדור c = 2 קלוריות/גרם Co
נשאל :
מה ההבדל בחום שסופג כל כדור?
ג'וואב :
הטמפרטורה של שני הכדורים עולה מכיוון ששני הכדורים חייבים לספוג חום.
Q1 = (10 גרם)(2 קלוריות/גרם Co)(60oג-40oג) = (10 גרם)(2 קלוריות/גרם גo)(20 גo) = 400 קלוריות = (400)(4,2 J) = 1680 ג'ול
Q2 = (40 גרם)(2 קלוריות/גרם Co)(60oג-40oג) = (40 גרם)(2 קלוריות/גרם גo)(20 גo) = 1600 קלוריות = (1600)(4,2 J) = 6720 ג'ול
ההבדל בחום שנספג על ידי כל כדור:
6720 J – 1680 J = 5040 J = 5,04 x 103 J
התשובה הנכונה היא א'.
7. מים בעלי מסה של 200 גרם בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס מעורבבים עם מים רותחים בעלי מסה של 100 גרם בטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס. (חום סגולי של מים = 1 קלוריות לגרם -1 מעלות צלזיוס -1 ). טמפרטורת המים המעורבבים בזמן שיווי משקל תרמי היא….
א. 10°C
ב. 30°C
ג. 50°C
ד. 75°C
150°C מזרח
דִיוּן
ידוע כי :
מסת מים 1 (מ"ר ) = 200 גרם
טמפרטורת המים 1 (T1 ) = 30 מעלות צלזיוס
מסת מים 2 (מ"ר ) = 100 גרם
טמפרטורת המים 2 (T2 ) = 90 מעלות צלזיוס
חום סגולי של מים (c) = 1 קלוריות גרם −1 °C −1
נשאל : הטמפרטורה הסופית של התערובת
תשובה :
חום הנפלט ממים בטמפרטורה גבוהה (Q הנפלט) = חום הנספג ממים בטמפרטורה נמוכה (Q נספג)
התשובה הנכונה היא ג'.
8. 60 גרם מים בטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס (חום סגולי של מים = 1 קלוריות לגרם -1 . מעלות צלזיוס ) מעורבבים עם 40 גרם מים דומים בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס. אם אין גורמים אחרים המשפיעים על תהליך זה, אז הטמפרטורה הסופית של התערובת היא...
א. 15,4 מעלות צלזיוס
ב. 23,0 מעלות צלזיוס
46,0 מעלות צלזיוס
ד. 64,0 מעלות צלזיוס
77,0 מעלות צלזיוס מזרח
דִיוּן
ידוע כי :
מסת מים 1 (מ"ר ) = 60 גרם
טמפרטורת המים 1 (T1 ) = 90 מעלות צלזיוס
מסת מים 2 (מ"ר ) = 40 גרם
טמפרטורת המים 2 (T2 ) = 25 מעלות צלזיוס
חום סגולי של מים (c) = 1 קלוריות לגרם -1 . או ג -1
נשאל : הטמפרטורה הסופית של התערובת
תשובה :
חום הנפלט ממים בטמפרטורה גבוהה (Q הנפלט) = חום הנספג ממים בטמפרטורה נמוכה (Q נספג)
התשובה הנכונה היא ד'.
9. קרח עם מסה של M גרם בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס, מוכנס למים עם מסה של 340 גרם בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, המונחים בכלי מיוחד. נניח שהכלי אינו סופג/משחרר חום. אם L קרח = 80 קלוריות גרם -1 , c מים = 1 קלוריות גרם -1 של C -1 , כל הקרח נמס ושיווי משקל תרמי מושג בטמפרטורה של 5 מעלות צלזיוס, אז מסת הקרח (M) היא...
א. 60 גרם
ב. 68 גרם
כ-75 גרם
ד. 80 גרם
170 גרם
דִיוּן
ידוע כי :
מסת המים (מ"ר) = 340 גרם
טמפרטורת הקרח (Tes ) = 0 מעלות צלזיוס
טמפרטורת המים (T מים ) = 20 מעלות צלזיוס
טמפרטורת שיווי משקל תרמי (T) = 5 מעלות צלזיוס
חום קרח נמס (ליטר קרח ) = 80 קלוריות גרם -1
חום סגולי של מים (c מים ) = 1 קלוריות, גרם -1 או ג -1
שאלה : מסת הקרח (M)
תשובה :
עקרון בלאק קובע שבמערכת סגורה ומבודדת, החום הנפלט על ידי גוף בעל טמפרטורה גבוהה שווה לחום הנספג על ידי גוף בעל טמפרטורה נמוכה.
חום המשתחרר על ידי מים (Q המשתחרר) = חום שנספג על ידי קרח (Q נספג)
התשובה הנכונה היא א'.
קטטן:
אם נאמר שקרח נמצא בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס, אז המים עדיין במצב מוצק. אם נאמר שמים נמצאים בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס, אז המים נמצאים בצורה נוזלית. הבדילו את השימוש במילים קרח ומים. מכיוון שהמים עדיין במצב מוצק או קרח, החום הנספג משמש תחילה להמסת כל הקרח למים, לכן בצד ימין של המשוואה לעיל נוסף נוסחה לחישוב כמות החום להמסת הקרח (מטרים לשנייה = ליטר לשנייה ). לאחר שכל הקרח נמס למים, משתמשים בחום נוסף כדי להעלות את טמפרטורת הקרח מ-0 מעלות צלזיוס ל-5 מעלות צלזיוס.
10. מתכת נחושת בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס מוכנסת למים במסה של 128 גרם ובטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס. החום הסגולי של המים הוא 1 קלוריות גרם -1 מעלות צלזיוס והחום הסגולי של נחושת הוא 0,1 קלוריות גרם -1 מעלות צלזיוס . אם מתרחש שיווי משקל תרמי בטמפרטורה של 36 מעלות צלזיוס, אז מסת המתכת היא...
א. 140 גרם
ב. 120 גרם
כ-100 גרם
ד. 80 גרם
75 גרם
דִיוּן
ידוע כי:
טמפרטורת נחושת (T1 ) = 100 מעלות צלזיוס
חום סגולי של נחושת (c1 ) = 0,1 קלוריות לגרם-1 C -1
מסת המים (מ"ר ) = 128 גרם
טמפרטורת המים (T2 ) = 30 מעלות צלזיוס
חום סגולי של מים (c² ) = 1 קלוריות לגרם -10 מעלות צלזיוס
טמפרטורת שיווי משקל תרמי (T) = 36 מעלות צלזיוס
שאלה: מסת נחושת ( מ"ר )
תשובה:
עקרון בלאק קובע כי החום הנפלט מעצם בטמפרטורה גבוהה = החום שנקלט על ידי עצם בטמפרטורה נמוכה.
התשובה הנכונה היא ב'.
11. שלושה קילוגרמים של מוט עופרת שחורה בעל חום סגולי של 1400 ג'ול לק"ג -1 ג'ולסיה בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס טובלים ב-10 ק"ג מים בעלי חום סגולי של 4200 ג'ול לק"ג -1 ג'ולסיה . לאחר הגעה לשיווי משקל תרמי, הטמפרטורה הסופית של התערובת היא 20 מעלות צלזיוס . הטמפרטורה ההתחלתית של המים היא...
א. 20 מעלות צלזיוס
ב. 18 מעלות צלזיוס
14 מעלות צלזיוס
ד. 12 מעלות צלזיוס
10 מעלות צלזיוס מזרח
דִיוּן
ידוע כי:
מסת העופרת (מ"ר ) = 3 ק"ג
חום סגולי של בדיל (c1 ) = 1400 ג'ול לק"ג -1 C -1
טמפרטורת הפח (T1 ) = 80 מעלות צלזיוס
מסת המים (מ"ר ) = 10 ק"ג
חום סגולי של מים (c² ) = 4200 ג'ול לק"ג -1 C -1
טמפרטורת שיווי משקל תרמי (T) = 20 מעלות צלזיוס
מבוקש: טמפרטורת מים התחלתית ( T2 )
תשובה:
התשובה הנכונה היא ג'.
12. מטבע במשקל 50 גרם מחומם לטמפרטורה של 85 מעלות צלזיוס, לאחר מכן טובל בכלי המכיל 50 גרם מים בטמפרטורה של 29,8 מעלות צלזיוס (חום סגולי של מים = 1 קלוריות לגרם -1 . מעלות צלזיוס -1 ). אם הטמפרטורה הסופית של המערכת היא 37 מעלות צלזיוס ונניח שאין שינוי בחום דרך הכלי, אז החום הסגולי של המתכת הוא...
א. 0,12 קלוריות לגרם -1 . או גזי חמצני
B. 0,30 קלוריות לגרם -1 . או ג -1
ג . 1,50 קלוריות לגרם -1 ג -1
ד. 4,8 קלוריות לגרם -1 . או גזי חמצני
E. 7,2 קלוריות לגרם -1 . או גזי חמצני
דִיוּן
ידוע כי:
מסת המטבע (מ') = 50 גרם
טמפרטורת התחלה של המטבע (T1 ) = 85 מעלות צלזיוס
מסת המים (מ"ר) = 50 גרם
טמפרטורת המים ההתחלתית (T2 ) = 29,8 מעלות צלזיוס
חום סגולי של מים = 1 קלוריות לגרם -1 ג -1
טמפרטורת המערכת הסופית (T) = 37 מעלות צלזיוס
שאלה: חום סגולי של מתכת (c)
תשובה:
עקרון בלאק קובע כי החום המשתחרר = החום הנספג. חום משתחרר מהמטבע וחום נספג על ידי המים, עד להגעה לשיווי משקל תרמי.
כל היחידות מבוטאות בגרמים ולכן אין צורך להמיר יחידות.
Q שוחרר = Q נספג
m מתכת c ΔT = m מים c ΔT
(50)(c)(85-37) = (50)(1)(37-29,8)
(50)(ג)(48) = (50)(7,2)
(50)(ג)(48) = (50)(7,2)
(ג)(48) = 7,2
ג = 7,2 / 48
c = 0,15 קלוריות לגרם -1 . או C -1
13. מתכת נחושת בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס מוכנסת למים במסה של 128 גרם ובטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס. החום הסגולי של המים הוא 1 קלוריות גרם -1 מעלות צלזיוס וחום סגולי של נחושת הוא 0,1 קלוריות גרם -1 מעלות צלזיוס . אם מתרחש שיווי משקל תרמי בטמפרטורה של 36 מעלות צלזיוס, אז מסת המתכת היא ...
א. 140 גרם
ב. 120 גרם
כ-100 גרם
ד. 80 גרם
75 גרם
דִיוּן
ידוע כי:
טמפרטורת נחושת (T1) = 100 oC
חום סגולי של נחושת (c)1) = 0,1 קלוריות לגרם-1 oC-1
מסת מים (מ"ר2) = 128 גרם
טמפרטורת המים (טמפרטורת2) = 30 oC
חום סגולי של מים (ג2) = 1 קלוריות לגרם-1 oC-1
טמפרטורת שיווי משקל תרמי (T) = 36 oC
שאלה: מסת נחושת (מ"ר)1)
תשובה:
עקרון בלאק קובע כי החום הנפלט מעצם בטמפרטורה גבוהה = החום שנקלט על ידי עצם בטמפרטורה נמוכה.
Q נחושת = Q מים
m1 c1 ΔT = m2 c2 ΔT
(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
מסת הנחושת היא 120 גרם.
התשובה הנכונה היא ב'.
14. שלושה קילוגרמים של מוט עופרת שחורה עם חום סגולי של 1400 ג'ול לק"ג -1 מעלות צלזיוס בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס טובלים ב-10 ק"ג מים עם חום סגולי של 4200 ג'ול לק"ג -1 מעלות צלזיוס . לאחר הגעה לשיווי משקל תרמי, הטמפרטורה הסופית של התערובת היא 20 מעלות צלזיוס. הטמפרטורה ההתחלתית של המים היא...
A. 20 oC
B. 18 oC
ג. 14 oC
ד. 12 oC
א. 10 oC
דִיוּן
ידוע כי:
מסת עופרת (מ"ר)1) = 3 ק"ג
חום סגולי של בדיל (ג1) = 1400 ג'ול לק"ג-1 C-1
טמפרטורת פח (T1) = 80 oC
מסת מים (מ"ר2) = 10 ק"ג
חום סגולי של מים (ג2) = 4200 ג'ול לק"ג-1 C-1
טמפרטורת שיווי משקל תרמי (T) = 20 oC
מבוקש: טמפרטורת מים התחלתית (T2)
תשובה:
Q שוחרר = Q שהתקבל
Q פח = Q מים
m1 c1 ΔT = m2 c2 ΔT
(3)(1.400)(80-20) = (10)(4.200)(20-T)
(4.200)(60) = (42.000)(20-T)
252.000 = 840.000 – 42.000 טון
42.000 טון = 840.000 – 252.000
42.000 טון = 588.000
T = 588.000 / 42.000
T = 14
טמפרטורת המים ההתחלתית היא 14oC.
התשובה הנכונה היא ג'.
15. קרח עם מסה של M גרם בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס, מוכנס למים עם מסה של 340 גרם בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, המונחים בכלי מיוחד. נניח שהכלי אינו סופג/משחרר חום. אם L קרח = 80 קלוריות גרם -1 , c מים = 1 קלוריות גרם -1 של C -1 , כל הקרח נמס ושיווי משקל תרמי מושג בטמפרטורה של 5 מעלות צלזיוס, אז מסת הקרח (M) היא...
א. 60 גרם
ב. 68 גרם
כ-75 גרם
ד. 80 גרם
170 גרם
דִיוּן
זה ידוע :
מסת המים (מ"ר) = 340 גרם
טמפרטורת הקרח (טמפרטורתes) = 0oC
סוהו מים (Tאויר) = 20oC
טמפרטורת שיווי משקל תרמי (T) = 5oC
חום היתוך של קרח (ליטר)es) = 80 קלוריות גרם-1
חום סגולי של מים (גאויר) = 1 קלוריות גרם-1 oC-1
נשאל מסת הקרח (M)
ג'וואב :
עקרון שחור קובע שבמערכת סגורה ומבודדת, החום הנפלט על ידי עצם בטמפרטורה גבוהה זהה לחום הנספג על ידי עצם בטמפרטורה נמוכה.
חום המשתחרר על ידי מים (Q המשתחרר) = חום שנספג על ידי קרח (Q נספג)
mאויר cאויר (T) = מטרes Les + מ 'es cאויר (ת)
(340)(1)(20-5) = M (80) + M (1)(5-0)
(340)(15) = 80 מיליון + 5 מיליון
5100 = 85 מיליון
מ = 5100/85
M = 60 גרם
התשובה הנכונה היא א'.
קטטן:
אם נאמר שלקרח יש טמפרטורה של 0o אז המים עדיין במצב מוצק. אם נאמר שהמים בטמפרטורה של 0oC אז המים הם בצורה נוזלית. הבדילו את השימוש במילים קרח ומים. מכיוון שהמים עדיין בצורת מוצקה או קרח, החום שנספג ראשון משמש להמסת כל הקרח למים, לכן בצד ימין של המשוואה לעיל, מוסיפים נוסחה לחישוב כמות החום להמסת הקרח (mes Lesלאחר שכל הקרח נמס למים, נעשה שימוש בחום נוסף כדי להעלות את טמפרטורת הקרח מ-0oC הופך ל-5oC.
מקור השאלה:
שאלות בפיזיקה בבחינה הארצית לחטיבת ביניים/תיכון מקצועי
