Қара нәсілділердің қағидаларын түсіну
Егер біз ыстық және суық суды ашық ыдыста (мысалы, шелекте) араластырсақ, жылу ыстық судан суық суға өтеді. Ыдыс ашық болғандықтан, жылудың бір бөлігі ауаға өтеді. Ыдыс та жылынады. Ыстық су шығаратын жылуды тек суық су ғана емес, сонымен қатар ауа мен ыдыс та сіңіреді. Бұл жағдайда шелек оқшауланбаған жүйе болып табылады.
Жабық термоста ыстық және суық суды араластырған кезде, жылу ыстық судан суық суға ауысады. Термос оқшауланған жүйе болып табылады , сондықтан жылу ауаға немесе термосқа өтпейді. Ыстық судан бөлінетін жылу қоспа жылулық тепе-теңдікке жеткенше суық суға сіңіп кетеді.
Блэк принципі бойынша, оқшауланған тұйық жүйеде жоғары температуралы зат бөлетін жылу = төмен температуралы зат сіңіретін жылу.
Блэктің негізгі формуласы
Qөшірулі = Qсіңіру
Сипаттамасы: Qөшірулі = жоғары температуралы заттан бөлінетін жылу, Qсіңіру = төмен температуралы заттар сіңіретін жылу.
Блэктің негізгі сұрақтарына мысалдар
1. Массасы 1 кг және температурасы 100 градус болатын ыстық темір кесегі oC массасы 2 кг және температурасы 20 градус су құйылған ыдысқа салынады. oC. Қоспаның соңғы температурасы қандай? Темірдің меншікті жылу сыйымдылығы = 450 Дж/кг Co, судың меншікті жылуы = 4200 Дж/кг Сo.
Талқылау:
Ол белгілі :
м темір = 1 кг, Тбесі = 100 oC, м су = 2 кг, Tауа = 20 oC, c темір = 450 Дж/кг Co, c су = 4200 Дж/кг Co.
Сұралған :
Т қоспасы?
Джаваб :
Темірдің температурасы судан жоғары, сондықтан темір жылу бөледі, ал су жылуды сіңіреді.
(m)(c)(дельта T) = (m)(c)(дельта T)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 Т + 450 Т
213000 = 8850 Т
T = 213000 : 8850
Т = 24 oC
Суху Ыстық темір мен суық су қоспасының екеуі де жылулық тепе-теңдікте болған кездегі соңғы температурасы 24 oC.
2. 2015/2016 SMA/MA физика бойынша ұлттық емтихан №20 сұрағы
0 ° C температурадағы 75 грамм су 50 грамм сумен араластырылады, осылайша қоспаның температурасы 40 ° C болады, сондықтан 50 грамм судың бастапқы температурасы...
A. 125 ° C
B. 120 o C
C. 110 o C
D. 100 o C
E. 80 o C
Талқылау
Белгілі болғандай:
Судың массасы 1 (м1 ) = 75 грамм
Судың бастапқы температурасы 1 (T1 ) = 0 o C
Судың массасы 2 (м2 ) = 50 грамм
Қоспаның соңғы температурасы (T) = 40 o C
Масса бірліктері бірдей, сондықтан оларды түрлендірудің қажеті жоқ.
Қажетті: Судың бастапқы температурасы 2 ( T2 )
Жауап:
Блэк принципі бойынша, оқшауланған тұйық жүйеде жоғары температуралы зат бөлетін жылу төмен температуралы зат сіңіретін жылуға тең.
Q босатылған = Q сіңірілген
м 1 c ( Δ T 1 ) = м 2 c ( Δ T 2 )
Судың меншікті жылу сыйымдылығы бірдей, сондықтан c теңдеуден алынып тасталады.
м 1 ( Δ T 1 ) = м 2 ( Δ T 2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T2 – 40)
(75)(40) = (50)(T2 – 40)
3000 = 50 T 2 – 2000
42 000 + 21 000 = 50 T 2
63 000 = 50 T 2
T2 = 100
Дұрыс жауап - D.
3. 2015/2016 SMA/MA физика бойынша ұлттық емтихан №20 сұрағы
200 грамм металл 120 ° C дейін қыздырылады, содан кейін 30 ° C температурадағы 100 грамм суға салынады. Тепе-теңдік орнағаннан кейін қоспаның температурасы 60 ° C болады. Егер судың меншікті жылу сыйымдылығы 4200 Дж.кг -1° C -1 болса , онда металдың меншікті жылу сыйымдылығы...
A. 10,5 Дж.кг -1o C -1
B. 105 Дж.кг -1o C -1
C. 150 Дж.кг -1o C -1
D. 1050 Дж.кг -1o C -1
E. 1500 Дж.кг -1o C -1
Талқылау
Масса бірліктерін граммнан килограммға түрлендіру (Халықаралық бірліктер жүйесі)
Белгілі болғандай:
Металл массасы (м1 ) = 200 грамм = 0,2 кг
Металл температурасы (T1 ) = 120 o C
Судың массасы (м² ) = 100 грамм = 0,1 кг
Су температурасы (T2 ) = 30 o C
Қоспаның соңғы температурасы (T) = 60 o C
Судың меншікті жылу сыйымдылығы (c 2 ) = 4200 Дж.кг -1 o C -1
Сұрақ қойылды: Металлдың меншікті жылу сыйымдылығы (c 1 )
Жауап:
Q босатылған = Q сіңірілген
m1 c1 (ΔT1) = м2 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
Дұрыс жауап - D.
4. 2018 жылғы SMA/MA ұлттық емтихан сұрақтары
35 ° C температурадағы 400 мл су құйылған кастрюльге 250 мл қайнаған су (100 ° C) құйылады. Жылулық тепе - теңдік орнағаннан кейін қоспаның температурасы... (судың меншікті жылуы 1,0 ккал.гр -1 ° C -1 )
Талқылау
Белгілі:
Ыстық судың температурасы = 100 o C
Ыстық судың көлемі = 250 мл = 0,25 литр = 0,25 дм³ = (0,25)(1000 см³ ) = 250 см³
Суық судың температурасы = 35 o C
Суық судың көлемі = 400 мл = 0,4 литр = 0,4 дм³ = (0,4)(1000 см³ ) = 400 см³
Судың меншікті жылу сыйымдылығы = 1,0 кал.гр -1 ° C -1
Судың тығыздығы = 1 г/ см³
Сұрақ қойылды: Қоспа температурасы
Жауап:
Тығыздық формуласын қолданып, ыстық және суық судың массасын есептеңіз:
m = ρ V
m = масса, ρ = тығыздық, V = көлем
Ыстық судың массасы: m = ρ V = ( 1 г/см³ ) (250 см³ ) = 250 грамм
Суық судың массасы: m = ρ V = ( 1 г/см³ ) (400 см³ ) = 400 грамм
Қоспаның температурасын Блэктің негізгі формуласын қолданып есептеңіз:
Суық су сіңірген жылу = ыстық су бөліп шығаратын жылу
mc Δ T = mc Δ T
Меншікті жылу сыйымдылығы бірдей, сондықтан ол теңдеуден алынып тасталады.
м Δ T = м Δ T
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 588 000 / 42 000
Т = 60 ° C
