שאלות לדוגמה על חום ושינויים במצב

15 דוגמאות לחום ושינויים במצב

דיון בבעיות חום

1. כדי להעלות את טמפרטורת מי הים ב-1 מעלות צלזיוס, נדרשים 3900 ג'אול של חום . אם החום הסגולי של מי הים הוא 3,9 × 10³ ^ג'אול /ק"ג מעלות צלזיוס, אז מסת מי הים היא...

א. 100 ק"ג

ב. 10 ק"ג

כ-1 ק"ג

ד. 0,1 ק"ג

דִיוּן

ידוע כי:

שינוי טמפרטורה ( ΔT ) = 1 ^מעלות צלזיוס

חום (Q) = 3900 ג'אול

חום סגולי של מי ים (c) = 3,9 x 103 ^ג'ול /ק"ג°C = 3900 ג'ול/ק"ג°C

שאלה: מסת מי הים (מ"ר)

תשובה:

נוסחת חום:

Q = mc Δ T

תיאור: Q = חום, m = מסה, c = חום סגולי, ΔT = שינוי בטמפרטורה

m = Q / c Δ T = 3900 / (3900)(1) = 3900 / 3900 = 1

לכן, מסת מי הים (מ"ר) = קילוגרם אחד

התשובה הנכונה היא ג'.

2. נחושת בעלת מסה של 2 ק"ג בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס. קולטת 39.000 ג'ול של חום. אם החום הסגולי של נחושת הוא 390 ג'ול/ק"ג מעלות צלזיוס, אז הטמפרטורה הסופית של הנחושת היא...

א. 80°C

ב. 50°C

ג. 30°C

ד. 20°C

דִיוּן

ידוע כי:

מסה (מ"ר) = 2 ק"ג

טמפרטורה התחלתית (T1 ₎ = 30 ^מעלות צלזיוס

חום נספג (Q) = 39.000 ג'אול

חום סגולי (c) של נחושת = 390 ג'ול/ק"ג ^או ג'ול

שאלה: טמפרטורה סופית של נחושת ( _T2 )

תשובה:

נוסחת חום:

Q = mc ΔT

תיאור: Q = חום, m = מסה, c = חום סגולי, ΔT = שינוי בטמפרטורה

Q = mc² ΔT = mc² ( _T² – _T¹ )

39.000 = (2)( 390)(T2 _– 30)

100 = (2)(1)(T2 _– 30)

100 = (2)(T2 _– 30)

50 = _T2 – 30

T2 = 50 + ₃₀

T2 = ₈₀ ^מעלות צלזיוס

התשובה הנכונה היא א'.

3. כדי להעלות את הטמפרטורה של 5 ק"ג מים מ-15 מעלות צלזיוס ל-40 מעלות צלזיוס, כמות החום הנדרשת היא...

(חום סגולי של מים 4,2 × 10³ ^ג'אול /ק"ג° צלזיוס)

א. 525.000 ג'ול

ב. 420.000 ג'ול

כ-150.000 ג'ול

ד. 21.000 ג'ול

דִיוּן

ידוע כי:

מסה (מ"ר) = 5 ק"ג

טמפרטורה התחלתית (T1 ₎ = 15°C

טמפרטורה סופית (T2 ₎ = 40°C

חום סגולי של מים (c) = 4,2 × 10³ ^ג'אול /ק"ג° צלזיוס

נשאל: חום (Q)

תשובה:

נוסחת חום:

Q = mc ΔT

Q = (5 ק"ג)( 4,2 × 10³ ^ג'ול /ק"ג°C)(40°C – 15°C)

Q = (5)( 4,2 × 10³ ^J )(25)

Q = 525 x ^10³ J

Q = 525.000 ג'אול

התשובה הנכונה היא א'.

4. 2 ק"ג מים מטמפרטורה של 24 מעלות צלזיוס מחוממים ל-90 מעלות צלזיוס. אם החום הסגולי הוא 4.200 ג'אול/ק"ג מעלות צלזיוס, אז החום שמקבלים המים הוא...

א. 336.000 ג'אול

B. 259.200 ג'אול

כ-554.400 ג'אול

ד. 543.600 ג'אול

דִיוּן

ידוע כי:

מסת המים (מ"ר) = 2 ק"ג

טמפרטורה התחלתית (T1 ₎ = 24°C

טמפרטורה סופית (T2 ₎ = 90°C

חום סגולי של מים (c) = 4.200 ג'אול/ק"ג מעלות צלזיוס

שאלה: החום (Q) שמקבלים מים הוא...

תשובה:

קלוריות:

Q = m c ΔT

Q = (2 ק"ג)( 4.200 ג'אול/ק"ג מעלות צלזיוס)(90 מעלות צלזיוס – 24 מעלות צלזיוס)

Q = (2 ק"ג)( 4.200 ג'אול/ק"ג°C)(66°C)

Q = (132)( 4.200 ג'אול)

Q = 554.400 ג'אול

התשובה הנכונה היא ג'.

5. מים בעלי מסה של 5 גרם מחוממים מ-10°C ל-40°C. אם החום הסגולי של המים הוא 1 קלוריות/גרם מעלות צלזיוס, כמות החום הנדרשת להעלאת טמפרטורת המים היא...

א. 100 קלוריות

ב. 150 קלוריות

כ-200 קלוריות

ד. 400 קלוריות

דִיוּן

ידוע כי:

מסה (מ"ר) = 5 גרם

טמפרטורה התחלתית (T1 ₎ = 10 ^מעלות צלזיוס

טמפרטורה סופית (T2 ₎ = 40 ^מעלות צלזיוס

חום סגולי של מים (c) = 1 קלוריות/גרם מעלות צלזיוס

שאלה: החום הנדרש להעלאת טמפרטורת המים

תשובה:

נוסחת חום:

Q = mc ΔT

Q = (5 גרם)( 1 קלוריה/גרם°C)(40 ^מעלות צלזיוס – 10 ^מעלות צלזיוס)

Q = (5)( 1 קלוריות)(30)

Q = 150 קלוריות

התשובה הנכונה היא ב'.

6. מוליך החום הטוב ביותר הוא...

א. אלומיניום

ב. כספית

ג. ברזל

ד. זכוכית

דִיוּן

האם חומר מוליך חום היטב או לא תלוי בסוג החומר. הגודל הפיזיקלי המצביע על יכולתו של חומר להוליך חום נקרא מוליכות תרמית. ככל שהמוליכות התרמית גבוהה יותר, כך יכולתו של החומר להוליך חום טובה יותר.

להלן ערכי המוליכות התרמית של מספר חומרים:

אלומיניום = 200 ג'ול/מס' ^קולון

ברזל = 40 ג'ול/מס' ^קולטני

כספית = 8,30 ג'ול/מס' ^קולטני

זכוכית = 0,84 ג'ול/מס' ^קולטני

בהתבסס על הנתונים לעיל, ערך המוליכות התרמית הגבוה ביותר הוא אלומיניום.

התשובה הנכונה היא א'.

7. 0,2 ק"ג של מים בטמפרטורה של 25 ^מעלות צלזיוס מחוממים בחום של 42.000 ג'אול. אם החום הסגולי של המים = 4200 ג'ול/ק"ג ^מעלות צלזיוס, אז הטמפרטורה הסופית של המים היא...

א. 100 ^מעלות צלזיוס

ב. 80 ^מעלות צלזיוס

75 ^מעלות צלזיוס

ד. 50 ^מעלות צלזיוס

דִיוּן

כל היחידות מבוטאות ביחידות בינלאומיות, למעט יחידות טמפרטורה, שנשארות בצלזיוס מכיוון שחום משתמש ביחידה J/kg ^oC.

ידוע כי:

מסת המים (מ"ר) = 0,2 ק"ג

חום (Q) = 42.000 ג'אול

חום סגולי של מים (c) = 4200 ג'ול/ק"ג ^או ג'ול

טמפרטורה התחלתית (T1 ₎ = 25 ^מעלות צלזיוס

שאלה: טמפרטורה סופית ( _T2 )

תשובה:

נוסחת חום:

Q = mc² ΔT = mc² ( _T² – _T¹ )

תיאור הנוסחה:

Q = חום, m = מסה, c = חום סגולי, ΔT = שינוי בטמפרטורה, T1 ₌ טמפרטורה התחלתית, T2 ₌ טמפרטורה סופית

הטמפרטורה הסופית של המים היא:

Q = mc( _T2 – _T1 )

42.000 = (0,2)(4200)(T2 _– 25)

42.000 = 840 (T2 _– 25)

42.000 = 840 סה"כ ₂ – 21.000

42.000 + 21.000 = 840 _סה"כ

63.000 = 840 טון ₂

T2 = _63.000 / 840

T2 = ₇₅ ^מעלות צלזיוס

התשובה הנכונה היא ג'.

שינויים בטמפרטורה ושינויים בצורה

8. בהתבסס על הגרף, כמות החום הנדרשת על ידי 5 ק"ג מים בתהליך מ-C ל-D (חום סגולי של מים = 4.200 ג'ול/ק"ג ^או ג'ולסיום) היא...

א. 210.000 ג'ול

ב. 420.000 ג'ול

כ-21.000.000 ג'ול

ד. 42.000.000 ג'ול

דִיוּן

ידוע כי:

מסת המים (מ"ר) = 5 ק"ג

חום סגולי של מים (c) = 4200 ג'ול/ק"ג ^או ג'ול

טמפרטורה התחלתית (T1 ₎ = 0 ^מעלות צלזיוס

טמפרטורה סופית (T2 ₎ = 10 ^מעלות צלזיוס

שינוי בטמפרטורה ( ΔT) = 10 ^מעלות צלזיוס – 0 ^מעלות צלזיוס = 10 ^מעלות צלזיוס

שאלה: חום שנספג (Q)

תשובה:

נוסחת חום:

Q = mc ΔT = (5 ק"ג)(4200 ג'ול/ק"ג ^oC )( 10 ^oC ) = (5)(4200 ג'ול)( 10 ) = (50)(4200 ג'ול) = 210.000 ג'ול

התשובה הנכונה היא א'.

9. התבוננו בגרף בצד! כמות החום הנדרשת כדי להחליף 200 גרם קרח בתהליך א' ל-ג', אם החום הסגולי של הקרח הוא 2100 ג'ול/ק"ג ^וחום ההיתוך של הקרח הוא 336.000 ג'ול/ק"ג היא...

א. 4.200 ג'אול

B. 67.200 ג'אול

כ-71.400 ג'אול

ד. 75.600 ג'אול

דִיוּן

ידוע כי:

כל היחידות חייבות להיות מבוטאות במערכת היחידות הבינלאומית.

מסת הקרח (מ"ר) = 200 גרם = 200/1000 קילוגרמים = 0,2 קילוגרמים

חום סגולי (c) = 2100 ג'ול/ק"ג ^או ג'ול

חום הקרח הנמס (L _F ) = 336.000 ג'ול/ק"ג

שאלה: כמה חום נדרש בתהליך מ-A ל-C?

תשובה:

בתהליך א' עד ב', קרח נספג חום כדי להעלות את הטמפרטורה שלו מ-10- ^מעלות צלזיוס ל-0 ^מעלות צלזיוס.

כמות החום הנספגת בתהליך א' עד ב' מחושבת באמצעות נוסחת החום:

Q = mc ΔT

תיאור הנוסחה: Q = חום נספג, m = מסת הקרח, c = חום סגולי של הקרח, ΔT = שינוי בטמפרטורה

אז כמות החום הנספגת היא:

Q ₁ = mc ΔT = (0,2)( 2100)(0-(-10) = (0,2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 ג'אול

בתהליכים ב' עד ג', חום נספג כדי להמיס את כל הקרח למים. בתהליך זה, מתרחש רק שינוי במצב הקרח, אך לא מתרחש שינוי בטמפרטורה. טמפרטורת הקרח והמים נשארת על 0 ^מעלות צלזיוס.

כמות החום הנספגת בתהליך B עד C מחושבת באמצעות נוסחת החום:

Q2 = mL F _{= (} 0,2 ק"ג)( 336.000 ג'ול/ק"ג) = 67200 ג'אול

כמות החום הנספגת בתהליך A עד C:

Q = _Q1 + Q2 ₌ 4200 ג'אול + 67200 ג'אול = 71400 ג'אול

התשובה הנכונה היא ג'.

10. התבוננו בגרף תוצאות הניסוי הבא!

אם מחממים 2 ק"ג מים, וחום אדי המים = 2,27 x 106 ^ג'ול /ק"ג, החום הסגולי של המים = 4.200 ג'ול/ק"ג ^או צלזיוס ולחץ האוויר הוא אטמוספרה אחת, אז כמות החום הנדרשת לתהליך מ-B ל-C היא...

א. 3.360 קילוג'ול

ב. 4.540 קילוג'ול

ג. 4.876 קילוג'ול

ד. 5.212 קילוג'ול

דִיוּן

ידוע כי:

מסת המים (מ"ר) = 2 ק"ג

חום אדי מים (L₂V ₎ = 2,27 x 10⁶ ^ג'ול /ק"ג

חום סגולי של מים (c) = 4.200 ג'ול/ק"ג ^או ג'ול

שאלה: כמות החום הנספגת בתהליך מ-B ל-C.

תשובה:

בתהליך א' עד ב', החום הנספג על ידי המים משמש להעלאת טמפרטורת המים מ-60 ^מעלות צלזיוס ל-100 ^מעלות צלזיוס. בלחץ אוויר של אטמוספרה אחת, טמפרטורת הרתיחה של מים היא 100 ^מעלות צלזיוס ולאחר הגעה לטמפרטורה של 100 ^מעלות צלזיוס, המים אינם חווים שינויי טמפרטורה נוספים אלא חווים שינוי מנוזל לגז.

בתהליכים ב' עד ג', החום הנספג משמש לאידוי כל המים לגז. כמות החום הנספג מחושבת באמצעות הנוסחה:

Q = m L _V = (2 ק"ג)(2,27 x 10 ⁶ ג'אול/ק"ג) = 4,54 x 10 ⁶ ג'אול = 4540 x 10 ³ ג'אול = 4540 קילו ג'אול

התשובה הנכונה היא ב'.

11.

שימו לב לגרף הבא
קרח עם מסה של 50 גרם מחומם מ-5-^oמעלות צלזיוס למים בטמפרטורה של 60^oג מים. אם חום ההיתוך של קרח = 80 קלוריות/גרם, החום הסגולי של קרח = 0,5 קלוריות/גרם ^oג, חום סגולי של מים = 1 קלוריות/גרם ^oג, אז כמות החום הנדרשת במהלך התהליך מ-ג ל-ד היא….

א. 125 קלוריות
ב. 3.000 קלוריות
כ-4.000 קלוריות
ד. 7.125 קלוריות

דִיוּן

ידוע כי:
מסת הקרח (מטרים) = 50 גרם
טמפרטורת הקרח (Tes) = -5 ^oC
חום סגולי של קרח (c es) = 0,5 קלוריות/גרם ^oC
חום קרח נמס (L קרח) = 80 קלוריות/גרם
טמפרטורת המים (T מים) = 60 ^oC
חום סגולי של מים (c מים) = 1 קלוריות/גרם ^oC
שאלה: כמות החום בתהליך C עד D
תשובה:

בתהליך א' עד ב', טמפרטורת הקרח משתנה מ-5- ^oC הופך ל-0 ^oC
בתהליך ב' עד ג', כל הקרח הופך למים (המוצק הופך לנוזל). בתהליך זה, הטמפרטורה אינה משתנה.
בתהליך ג' עד ד', טמפרטורת המים משתנה מ-0 ^oC הופך ל-60 ^oC

חום נדרש בתהליך א' עד ב':
Q = mc ΔT
ש = (מ_es)(ג_es)(0 – ט_es)
Q = (50)(0,5)(0-(-5)) = (50)(0,5)(5) = 125 קלוריות
חום נדרש בתהליך ב' עד ג':
Q = מ' ל'
ש = מ'_es L_es
Q = (50)(80) = 4000 קלוריות
חום נדרש בתהליך ג' עד ד':
Q = mc ΔT
ש = (מ_אויר)(ג_אויר)(ת_אויר - 0)
Q = (50)(1)(60-0) = (50)(1)(60) = 3000 קלוריות

חום נדרש בתהליך א' עד ד':
ש = 125 + 4000 + 3000
Q = 7125 קלוריות

המחבר מחשב את כמות החום הנדרשת לכל תהליך כדי לעזור לכם להבין כיצד לפתור בעיה מסוג זה. השאלה היא החום הנדרש לתהליך ג' עד ד'.

התשובה הנכונה היא ב'.

12.

בהתבסס על הגרף שליד מספר ה- חוֹם 3 ק"ג קרח נדרשים בתהליך של ABC... (חום סגולי es = 2.100 ג'ול/ק"ג^oC, חום ההיתוך es = 336.000 ג'ול/ק"ג)

א. 630 קילו-ג'אול
ב. 819 קילו-ג'אול
כ-1071 קילו-ג'אול
ד. 3276 קילו-ג'אול

דִיוּן

הגרף שלמעלה ממחיש את תהליך שינוי מצב הקרח למים.
בתהליך AB, חום משמש להעלאת הטמפרטורה של הקרח מ-10-^oג עד 0^oC.
Q = mc (דלתא T)
Q = (3)(2100)(0-(-10)) = (3)(2100)(10) = 63.000 ג'אול = 63 קילו-ג'אול (קילו-ג'אול = קילו-ג'אול)
בתהליך BC, נעשה שימוש בחום כדי להמיס את כל הקרח למים. בתהליך זה, טמפרטורת הקרח אינה משתנה.
Q = מ' ל'_F
Q = (3)(336.000) = 1.008.000 ג'אול
כמות החום הנדרשת לקרח בתהליך ABC היא:
63 קילו-ג'אול + 1.008 קילו-ג'אול = 1071 קילו-ג'אול
התשובה הנכונה היא ג'.

13.

שימו לב לגרף החימום של 500 גרם קרח בטמפרטורה של -10^oC מתחת! אם החום הסגולי של קרח הוא 2100 ג'ול לק"ג^oג, חום סגולי של מים 4.200 ג'ול/ק"ג^oג, וחום ההיתוך של קרח הוא 336.000 ג'ול לק"ג. כמה חום נדרש לתהליך BCD?

א. 31.500 ג'ול
ב. 63.000 ג'ול
כ-168.000 ג'ול
ד. 231.000 ג'ול

דִיוּן
מסת הקרח מתבטאת בגרמים, לכן יש להמיר אותה לקילוגרמים (יחידות בינלאומיות). 500 גרם = 0,5 ק"ג.
בתהליך BC, משתמשים בחום כדי להמיס את כל הקרח למים.
Q = מ' ל'_F
Q = (0,5)(336.000) = 168.000 ג'אול
בתהליך CD, חום משמש להעלאת טמפרטורת המים מ-0^oג עד 30^oC
Q = mc (דלתא T)
Q = (0,5)(4200)(30-0) = (0,5)(4200)(30) = 63.000 ג'אול
כמות החום הנדרשת לקרח בתהליך BCD:
168.000 ג'אול + 63.000 ג'אול = 231.000 ג'אול
התשובה הנכונה היא ד'.

14.
התבונן בגרף החימום עבור 1 ק"ג של קרח למטה! אם החום הסגולי של קרח הוא 2.100 ג'ול לק"ג^oג, חום ההיתוך של קרח הוא 336.000 ג'ול לק"ג וחום סגולי של מים הוא 4.200 ג'ול לק"ג^oג, אז החום הנדרש בתהליך PQR הוא...
א. 10.500 ג'ול
ב. 21.000 ג'ול
כ-336.000 ג'ול
ד. 346.500 ג'ול
דִיוּן
בתהליך PQ, חום משמש להעלאת הטמפרטורה של הקרח מ-5-^oג עד 0^oC
Q = mc (דלתא T)
Q = (1)(2100)(0-(-5)) = (1)(2100)(5) = 10.500 ג'אול
בתהליך ה-QR, משתמשים בחום כדי להמיס את כל הקרח למים.
Q = מ' ל'_F
Q = (1)(336.000) = 336.000 ג'אול
כמות החום הנדרשת לקרח בתהליך PQR היא:
10.500 ג'אול + 336.000 ג'אול = 346.500 ג'אול
התשובה הנכונה היא ד'.

15. התבוננו בגרף החימום עבור 1 ק"ג של קרח למטה!

אם החום הסגולי של קרח הוא 2.100 ג'ול/ק"ג ^מעלות צלזיוס, חום ההיתוך של קרח הוא 336.000 ג'ול/ק"ג וחום הסגולי של מים הוא 4.200 ג'ול/ק"ג ^מעלות צלזיוס, אז החום הנדרש בתהליך PQR הוא...

א. 10.500 ג'ול

ב. 21.000 ג'ול

כ-336.000 ג'ול

ד. 346.500 ג'ול

דִיוּן

ידוע כי:

מסת הקרח = 1 ק"ג

חום הקרח הנמס (L _F ) = 336.000 ג'ול/ק"ג

חום סגולי של קרח (c es) = 2.100 ג'ול/ק"ג ^או C

חום סגולי של מים (c מים) = 4.200 ג'ול/ק"ג ^או ג'ול

שאלה: חום נדרש בתהליך PQR

תשובה:

בתהליך P ל-Q, חום משמש להעלאת טמפרטורת הקרח מ-5- ^מעלות צלזיוס ל-0 ^מעלות צלזיוס. החום מחושב באמצעות הנוסחה: Q = mc ΔT, כאשר Q = חום, m = מסת הקרח, c = חום סגולי של הקרח, ΔT = שינוי בטמפרטורה מ-5- ^מעלות צלזיוס ל-0 ^מעלות צלזיוס.

חום נדרש בתהליך P עד Q:

Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 ג'אול

בתהליך Q ל-R, משתמשים בחום כדי להמיס את כל הקרח למים. בתהליך זה, הטמפרטורה אינה משתנה. החום מחושב באמצעות הנוסחה: Q = mL _F , כאשר Q = חום, m = מסת הקרח, L _F = חום ההיתוך של הקרח.

חום נדרש בתהליך Q עד R:

Q = m L _F = (1)(336.000) = 336.000 ג'ול

סך הקלוריות:

10500 + 336.000 = 346.500 ג'אול

התשובה הנכונה היא ד'.

מקור השאלה:

שאלות לבחינה הארצית במדעים בחטיבת ביניים/חטיבת ביניים אסלאמית