სითბო და ფაზის ცვლილება - პრობლემები და გადაწყვეტილებები
1. გრაფიკის მიხედვით, რა სითბოს შთანთქავს 5 კგ წყალი CD პროცესის დროს? წყლის სპეციფიკური სითბო = 4,200 ჯ/კგ o C.
ცნობილი:
მასა (მ) = 5 კგ
წყლის სპეციფიკური სითბო (c) = 4200 ჯ/კგ o C
საწყისი ტემპერატურა (T1 ) = 0 ° C
საბოლოო ტემპერატურა (T2 ) = 10 ° C
ტემპერატურის ცვლილება (ΔT) = 10 o C – 0 o C = 10 o C
სასურველი: ჰიტი (Q)
გამოსავალი:
Q = mc ΔT = (5 კგ)(4200 ჯ/კგ o C)(10 o C) = (5)(4200 ჯ)(10) = (50)(4200 ჯ) = 210,000 ჯოული
2. რა სითბოს შთანთქავს 20 გრამი ყინული ცვლადი თბოიზოლაციის პროცესში, თუ ყინულის სპეციფიკური სითბოა 2100 ჯ/კგ o C და ყინულის დნობის სითბოა 336,000 ჯ/კგ?
ცნობილი:
ყინულის მასა (მ²) = 200 გრამი = 200/1000 კილოგრამი = 0.2 კილოგრამი
სპეციფიკური სითბოტევადობა (c) = 2100 ჯ/კგ o C
ყინულის დნობის სითბო (L F ) = 336,000 ჯ/კგ
სასურველი: სითბო, რომელიც შეიწოვება ყინულის მიერ კონდიცირების პროცესის დროს
გამოსავალი:
AB პროცესის დროს ყინული შთანთქავს სითბოს, რის შედეგადაც მისი ტემპერატურა -10 ° C-დან 0 ° C- მდე იცვლება.
Q = mc ΔT
Q = სითბო, m = ყინულის მასა, c = ყინულის სპეციფიკური სითბო, ΔT = ტემპერატურის ცვლილება
Q 1 = mc ΔT = (0.2)(2100)(0-(-10) = (0.2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 ჯოული
BC პროცესის დროს სითბო შეიწოვება, რათა ყინული მთლიანად წყლად იქცეს. ამ პროცესში მხოლოდ ფაზა იცვლება და ტემპერატურა არ იცვლება. ყინულისა და წყლის ტემპერატურა 0 ° C-ის ტოლი რჩება.
სითბო, რომელიც შეიწოვება BC პროცესის დროს:
Q2 = m L F = (0.2 კგ)(336,000 ჯ/კგ) = 67,200 ჯოული
AC პროცესის დროს შთანთქმული სითბო:
Q = Q1 + Q2 = 4200 ჯოული + 67,200 ჯოული = 71,400 ჯოული
3. 2 კგ-იანი წყალი თბება და აორთქლების სითბო უდრის 2.27 x 10 6 ჯ/კგ-ს, სპეციფიკური სითბო უდრის 4,200 ჯ/კგ o C-ს და ატმოსფერული წნევა 1 ატმ-ია. რა სითბოს შთანთქავს წყალი BC პროცესის დროს?
ცნობილი:
მასა (მ) = 2 კგ
წყლის აორთქლების სითბო (L V ) = 2.27 x 10 6 ჯ/კგ
წყლის სპეციფიკური სითბოტევადობა (c) = 4,200 ჯ/კგ o C
სასურველი: სითბო, რომელიც შთანთქავს BC პროცესის დროს.
გამოსავალი:
AB პროცესში სითბო შთანთქავს წყლის ტემპერატურას 60 ° C-დან 100 ° C- მდე.
Q = m L V = (2 კგ)(2.27 x 10 6 ჯ/კგ) = 4.54 x 10 6 ჯოული = 4540 x 10 3 ჯოული = 4540 კილო ჯოული
4. ქვემოთ მოცემული ფიგურის მიხედვით, თუ ყინულის მასა 500 გრამია, სპეციფიკური სითბოა 2100 ჯ/კგ o C, ხოლო ყინულის დნობის ფარული სითბო 336,000 ჯ/კგ. განსაზღვრეთ P–Q–R პროცესში საჭირო სითბო.
ცნობილი:
ყინულის მასა (მ²) = 500 გრამი = 500/1000 კგ = 0.5 კგ
ყინულის სპეციფიკური სითბო (c) = 2100 ჯ/კგ o C
შერწყმის ფარული სითბო (L F ) = 336,000 ჯ/კგ
სასურველი: სითბო
გამოსავალი:
პროცესის PQ = სითბო, რომელიც შთანთქავს ყინულის ტემპერატურას -4 ° C-დან 0 ° C- მდე ასაწევად
პროცესი QR = ყინულის მიერ შთანთქმული სითბო, რომელიც ყინულის წყლად გადაქცევას უწყობს ხელს.
პროცესის დროს შთანთქმული სითბო PQ გამოითვლება განტოლების გამოყენებით:
Q = mc ΔT
Q = სითბო, m = მასა, c = ყინულის სპეციფიკური სითბო, ΔT = ტემპერატურის ცვლილება
პროცესის დროს სითბოშეწოვილი ყინულის PQ გამოითვლება ამ განტოლების გამოყენებით:
Q = (0.5 კგ) (2100 ჯ/კგ o C) (0 o C-(-4 o C))
Q = (0.5 კგ) (2100 ჯ/კგ o C) (0 o C + 4 o C)
Q = (0.5 კგ) (2100 ჯ/კგ o C) (4 o C)
Q = (0.5)(2100 ჯ)(4)
Q = 4200 ჯოული
პროცესის დროს შთანთქმული სითბო QR გამოითვლება ამ განტოლების გამოყენებით:
Q = m L F
Q = (0.5 კგ)(336,000 ჯ/კგ)
Q = (0.5)(336,000 ჯ)
Q = 168,000 ჯოული
სულ სითბო:
Q = 4200 ჯოული + 168,000 ჯოული
Q = 172,200 ჯოული
Q = 172.2 კილო ჯოული
Q = 172.2 კჯ
5. 50 გრამი მასის ყინული გაცხელებულია -5 ° C-დან 60 ° C ტემპერატურაზე და გადაიქცევა წყალში . თუ ყინულის დნობის სითბოა 80 კალ/გრამზე, ყინულის სპეციფიკური სითბოა 0.5 კალ/გრამ ° C, ხოლო წყლის სპეციფიკური სითბოა 1 კალ/გრამ ° C, განსაზღვრეთ CD პროცესში საჭირო სითბო.
ცნობილი:
ყინულის მასა = წყლის მასა (მ²) = 50 გრამი 
ყინულის დნობის ფარული სითბო (L/ F ) = 80 კალორია/გრამი
ყინულის სპეციფიკური სითბო (c ყინული) = 0.5 კალ/გრამი o C
წყლის სპეციფიკური სითბოტევადობა (c წყალი) = 1 კალ/გრამი o C
სასურველი: პროცესისთვის საჭირო სითბო CD-ში
გამოსავალი:
A-დან B-მდე პროცესში სითბო გამოიყენება ყინულის ტემპერატურის -5 ° C-დან 0 ° C-მდე ასაწევად. სითბო გამოითვლება შემდეგი განტოლების გამოყენებით: Q = mc ΔT, სადაც Q = სითბო, m = ყინულის მასა, c = ყინულის სპეციფიკური სითბო, ΔT = ტემპერატურის ცვლილება -5 ° C-დან 0 ° C- მდე.
B-დან C-მდე პროცესებში სითბო გამოიყენება ყინულის წყლად გადაქცევისთვის. ამ პროცესში ტემპერატურა არ იცვლება. სითბო გამოითვლება შემდეგი განტოლების გამოყენებით: Q = m L F , სადაც Q = სითბო, m = ყინულის მასა, L F = ყინულის დნობის ფარული სითბო.
C-დან D პროცესში სითბო გამოიყენება წყლის ტემპერატურის 0 ° C-დან 60 ° C-მდე ასაწევად. სითბო გამოითვლება შემდეგი განტოლების გამოყენებით: Q = mc ΔT, სადაც Q = სითბო, m = წყლის მასა, c = წყლის სპეციფიკური სითბოგამომთვლელი, ΔT = ტემპერატურის ცვლილება 0 ° C-დან 60 ° C- მდე.
C პროცესიდან D-მდე საჭირო სითბო:
Q = mc ΔT = (50 გრამი)(1 კალ/გრამი o C)(60 o C-0 o C) = (50)(1)(60) კალ = 3000 კალ
6. თუ ყინულის მასა 1 კგ-ია, ყინულის სპეციფიკური სითბოა 2100 ჯ/კგ o C, ყინულის დნობის ფარული სითბოა 336,000 ჯ/კგ, ხოლო წყლის სპეციფიკური სითბოა 4200 ჯ/კგ o C, მაშინ განსაზღვრეთ PQR პროცესში საჭირო სითბო.
ცნობილი:
ყინულის მასა = 1 კგ
ყინულის დნობის ფარული სითბო (L2F ) = 336,000 ჯ/კგ
ყინულის სპეციფიკური სითბო (c ყინული) = 2,100 ჯ/კგ o C
წყლის სპეციფიკური სითბო (c წყალი) = 4,200 ჯ/კგ o C
სასურველი: PQR პროცესში საჭირო სითბო
გამოსავალი:
P-დან Q-მდე პროცესში სითბო გამოიყენება ყინულის ტემპერატურის -5 ° C-დან 0 ° C-მდე ასაწევად. სითბო გამოითვლება შემდეგი განტოლების გამოყენებით: Q = mc ΔT, სადაც Q = სითბო , m = ყინულის მასა , c = ყინულის სპეციფიკური სითბო, ΔT = ტემპერატურის ცვლილება -5 ° C- დან 0 ° C- მდე .
P-დან Q-მდე პროცესში საჭირო სითბო:
Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 ჯოული
Q-დან R-მდე პროცესში, სითბოა საჭირო ყინულის წყლად გადაქცევისთვის. ამ პროცესში ტემპერატურა უცვლელია. სითბო გამოითვლება ამ განტოლების გამოყენებით: Q = m L F , სადაც Q = სითბო , m = ყინულის მასა , L F = ყინულის დნობის ფარული სითბო.
Q-დან R-მდე პროცესში საჭირო სითბო:
Q = m L F = (1)(336,000) = 336,000 ჯოული
სულ სითბო:
10,500 + 336,000 = 346,500 ჯოული
- რა არის ფარული სითბო?
- უპასუხეთფარული სითბო არის სითბური ენერგია, რომელიც საჭიროა ნივთიერების ფაზის შესაცვლელად მისი ტემპერატურის შეცვლის გარეშე. ის წარმოადგენს ენერგიას, რომელიც საჭიროა მოლეკულათშორისი ბმების გაწყვეტისთვის ან წარმოსაქმნელად ფაზური ცვლილებების დროს.
- რატომ რჩება ტემპერატურა მუდმივი ფაზური ცვლილების დროს?
- უპასუხეთფაზის ცვლილების დროს, მოწოდებული ან ამოღებული მთელი სითბური ენერგია გამოიყენება ნივთიერების ფაზის შესაცვლელად. ეს ენერგია გამოიყენება მოლეკულათშორისი ბმების გაწყვეტის ან წარმოქმნისთვის და არა ნივთიერების კინეტიკური ენერგიის ან ტემპერატურის გასაზრდელად.
- რა განსხვავებაა შერწყმის ლატენტურ სიცხესა და აორთქლების ლატენტურ სიცხეს შორის?
- უპასუხეთშერწყმის ფარული სითბო ეხება სითბურ ენერგიას, რომელიც საჭიროა ნივთიერების მყარი მდგომარეობიდან თხევად მდგომარეობაში (ან პირიქით) გადასასვლელად მისი დნობის წერტილში. აორთქლების ფარული სითბო ეხება სითბურ ენერგიას, რომელიც საჭიროა ნივთიერების თხევადი მდგომარეობიდან აირად მდგომარეობაში (ან პირიქით) გადასასვლელად მისი დუღილის წერტილში.
- რატომ გვცივა ქარიან დღეს საცურაო აუზიდან ამოსვლისას, მაშინაც კი, თუ ჰაერის ტემპერატურა თბილია?
- უპასუხეთროდესაც წყალი აორთქლდება ჩვენი კანიდან, ის განიცდის ფაზურ ცვლილებას თხევადიდან ორთქლად. ეს პროცესი მოითხოვს ენერგიას, რომელსაც ჩვენი კანიდან სითბოს სახით იღებენ, რაც ჩვენს კანს უფრო გრილ შეგრძნებას ანიჭებს.
- რატომ არის 100°C-ზე ორთქლი უფრო საშიში, ვიდრე 100°C-ზე მდუღარე წყალი?
- უპასუხეთორთქლი შეიცავს მეტ ენერგიას, ვიდრე მდუღარე წყალი, რადგან მან შთანთქა აორთქლების ფარული სითბო წყლიდან ორთქლზე ფაზის ცვლილების დროს. როდესაც ორთქლი კანზე კონდენსირდება, ის გამოყოფს ამ დამატებით ენერგიას, რაც იწვევს უფრო მძიმე დამწვრობას, ვიდრე მდუღარე წყალი.
- როგორ ამცირებს ყინულში მარილის დამატება მის დნობის წერტილს?
- უპასუხეთმარილის დამატება არღვევს წონასწორობას ყინულისა და წყლის ნარევის დნობასა და გაყინვას შორის. ეს იწვევს ყინულის უფრო მეტი რაოდენობით დნობას ჩვეულებრივზე დაბალ ტემპერატურაზე, რაც ეფექტურად ამცირებს ნარევის გაყინვის წერტილს.
- რატომ უწყობს ხელს ოფლიანობა სხეულის გაგრილებას ცხელ დღეს?
- უპასუხეთკანიდან აორთქლებისას ოფლი თხევადიდან აირად მდგომარეობაში გადადის. აორთქლების ეს პროცესი მოითხოვს ენერგიას, რომელსაც კანიდან იღებენ და ამით კანს აგრილებენ.
- რა არის სუბლიმაცია ფაზური ცვლილებების კონტექსტში?
- უპასუხეთსუბლიმაცია არის ფაზის პირდაპირი გადასვლა მყარიდან აირად მდგომარეობაში თხევადი ფაზის გავლის გარეშე. გავრცელებული მაგალითია მშრალი ყინული (მყარი ნახშირორჟანგი), რომელიც პირდაპირ გარდაიქმნება აირად ნახშირორჟანგად.
- რატომ არის საჭირო ყინულის დნობისთვის სითბური ენერგია, მაშინაც კი, როდესაც ტემპერატურა 0°C-ზე რჩება?
- უპასუხეთსითბური ენერგია გამოიყენება ყინულის მყარ სტრუქტურაში შემაკავებელი მოლეკულათშორისი ბმების გასაწყვეტად. ამ ბმების გაწყვეტის შემდეგ, ყინული გადადის თხევად ფაზაში, მიუხედავად იმისა, რომ ტემპერატურა არ იცვლება.
- როგორ მოქმედებს წნევა სითხის დუღილის ტემპერატურაზე?
- უპასუხეთზოგადად, გარე წნევის გაზრდა ზრდის სითხის დუღილის ტემპერატურას, ხოლო წნევის შემცირება ამცირებს დუღილის ტემპერატურას. სწორედ ამიტომ დუღს წყალი 100°C-ზე დაბალ ტემპერატურაზე დიდ სიმაღლეზე, სადაც ატმოსფერული წნევა უფრო დაბალია.
