1. Кара принцибинин аныктамасы
Эгерде биз ысык жана муздак сууну ачык идиште (мисалы, чака) аралаштырсак, жылуулук ысык суудан муздак сууга өтөт. Идиш ачык болгондуктан, анда бир аз жылуулук абага өтөт. Идиш да жылыйт. Ысык суудан бөлүнүп чыккан жылуулук муздак сууга гана эмес, атмосферага жана идиштерге да сиңет. Бул учурда, чака обочолонбогон система болуп саналат. Жабык термосто ысык жана муздак сууну аралаштырганда, жылуулук ысык суудан муздак сууга өтөт. Термос обочолонгон системалар болуп саналат, андыктан абага же термоско жылуулук өтпөйт. Муздак суу ысык суу менен муздак суунун аралашмасы жылуулук тең салмактуулугуна жеткенге чейин ысык суудан бөлүнүп чыккан жылуулукту гана сиңирип алат.
Кара принципте обочолонгон жабык системада жогорку температурадагы объект тарабынан бөлүнүп чыккан жылуулук = төмөнкү температурадагы объект тарабынан сиңирилген жылуулук деп айтылат.
2. Кара түстүн принцип формуласы
Q бөлүнүп чыгуу = Q сиңирүү
Q бөлүнүп чыгышы = жогорку температурадагы нерселер бөлүп чыгарган жылуулук, Q сиңирилиши = төмөнкү температурадагы нерселер сиңирген жылуулук.
3. Суроолордун жана талкуулардын мисалдары
1-маселенин мисалы.
Массасы 1 кг жана температурасы 100 ° C болгон ысык темир 2 кг суу жана температурасы 20 ° C болгон идишке салынат. Акыркы аралашманын температурасы канча? Темирдин салыштырма жылуулук сыйымдуулугу = 450 Дж/кг С₂ , суунун салыштырма жылуулук сыйымдуулугу = 4200 Дж/кг С₂.
Белгилүү:
Темирдин массасы (м) = 1 кг
Темирдин температурасы (T) = 100 o C
Суунун массасы (м) = 2 кг
Суунун температурасы (T) = 20 o C
Темирдин салыштырмалуу жылуулук сыйымдуулугу (с) = 450 Дж/кг C o
Суунун салыштырмалуу жылуулук сыйымдуулугу (с) = 4200 Дж/кг C o
Издөөдө: Т?
Чечим:
Темирдин температурасы сууга караганда жогору болгондуктан, темир жылуулукту бөлүп чыгарат, ал эми суу жылуулукту сиңирип алат.
Q бөлүнүп чыгуу = Q сиңирүү
mc ΔT = mc ΔT
(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
Т = 213000 : 8850
Т = 24 ° C
Ысык темир менен муздак суунун аралашмасынын экөө тең жылуулук тең салмактуулугунда болгондо акыркы температурасы 24 ° C болот.
2-маселенин мисалы.
Массасы 0.2 кг болгон жылуу чай менен аралаштырылган муздун массасы 0.2 кг. Муздун температурасы = -10 ° C, жылуу чайдын температурасы = 40 ° C. Муздун салыштырма жылуулук сыйымдуулугу = 2100 Дж/кгC , суунун салыштырма жылуулук сыйымдуулугу = 4200 Дж/кгC , суунун эрүү жылуулук сыйымдуулугу = 334000 Дж/кг. Муз жана чай обочолонгон, жабык системада аралаштырылат.
Белгилүү:
Муздун массасы (м) = 0.2 кг
Чайдын массасы (м) = 0.2 кг
Суунун салыштырма жылуулук сыйымдуулугу (с) = 4180 Дж/кг C o
Муздун салыштырма жылуулук сыйымдуулугу (с) = 2100 Дж/кг C o
Суунун эрүү жылуулугу (L F ) = 334 x 10 3 Дж/кг
Муздун температурасы (T муз ) = -10 o C
Чайдын температурасы (T чайы ) = 40 o C
Издөө: Т аралашмасы
Чечим:
Биринчи кадам, акыркы абалды баалоо
0.2 кг жылуу чайдын температурасын 40°Cден 0°Cге чейин төмөндөтүү үчүн суу бөлүп чыгарышы керек болгон жылуулук
Q чыгарылышы = mc ∆T
Q бөлүнүп чыгуу = (0.2 кг) (4180 Дж/кг С₂ ) (40 ° C – 0 ° C)
Q бөлүнүп чыгуу = (0.2 кг) (4180 Дж/кг С₂ ) (40 ° C)
Q бөлүнүп чыгуу = 33,440 Джоуль
Q бөлүнүп чыгуу = 33.44 кДж
Температураны -10 ° Cден 0 ° Cге чейин көтөрүү үчүн 0.2 кг муз жылуулукту сиңирип алат.
Q сиңирилген = mc ∆T
Q сиңирилген = (0.2 кг) (2100 Дж/кг С₂ ) (0 ° C – (-10 ° C))
Q сиңирилген = (0.2 кг) (2100 Дж/кг С₂o ) (10 ° C)
Q сиңирилген = 4,200 Джоуль
Q сиңирилген = 4.2 кДж
0.2 кг музду эритүү үчүн сиңирилген жылуулук (бардык музду сууга айландыруу үчүн керектелүүчү жылуулук)
Q биригүү = м L F
Q биригүү = (0.2 кг) (334 x 10 3 Дж/кг)
Q синтези = 66.8 x 10 3 Джоуль
Q биригүү = 66.8 кДж
Жогорудагы эсептөөлөрдүн негизинде, жыйынтыктар:
Q бөлүнүп чыгуу = 33.44 кДж
Q сиңирүү = 4.2 кДж
Q биригүү = 66.8 кДж
Чай 33.44 кДж жылуулук бөлүп чыгарганда, чайдын температурасы 40 ° Cден 0 ° Cге чейин өзгөрөт. Бөлүнүп чыккан жылуулуктун бир бөлүгү (болжол менен 4.2 кДж) муздун температурасын -10 ° Cден 0 ° Cге чейин көтөрүү үчүн колдонулат. 33.44 кДж – 4.2 кДж = 29.24 кДж. Калган жылуулук = 29.24 кДж. Бардык музду сууга айландыруу үчүн 66.8 кДж жылуулук талап кылынат. Калган жылуулук болгону 29.24 кДж.
Жыйынтыктап айтканда, жылуу чай бөлүп чыгарган жылуулук муздун температурасын -10 ° Cден 0 ° Cге чейин көтөрүү жана бир аз музду эритүү үчүн гана колдонулат. Айрым муздар эрип кеткен, кээ бирлери эриген эмес. Катуу затты суюктукка айландыруу процессинде температура өзгөрбөйт. Ошондуктан, акыркы аралашманын температурасы = 0 ° C.
3- маселенин мисалы.
Ысык чайдын массасы (м) = 0.4 кг,
муздун массасы (м)= 0.2 кг,
муздун температурасы = -10 o C
Ысык чайдын температурасы = 90 ° C.
Эгерде экөө тең аралаштырылса, акыркы аралашманын температурасы канча болот?
Суунун салыштырмалуу жылуулук сыйымдуулугу (с) = 4180 Дж/ кг С
Муздун салыштырмалуу жылуулук сыйымдуулугу (с) = 2100 Дж/кг C o ,
Суунун эрүү жылуулугу (L F ) = 334 x 103 Дж/кг
Чечим:
Биринчи кадам: Акыркы абалды баалоо
0.4 кг ысык чайдын температурасын 90 ° Cден 0 ° Cге чейин төмөндөтүү үчүн суу бөлүп чыгарышы керек болгон жылуулук
Q чыгарылышы = mc ∆T
Q бөлүнүп чыгуу = (0.4 кг) (4180 Дж/кг С₂ ) (90 ° C – 0 ° C)
Q бөлүнүп чыгуу = (0.4 кг) (4180 Дж/кг С₂ ) (90 ° C)
Q бөлүнүп чыгуу = 150,480 Джоуль
Q бөлүнүп чыгуу = 150.48 кДж
Температурасын -10 ° Cден 0 ° Cге чейин көтөрүү үчүн 0.2 кг муз жылуулукту сиңирип алат.
Q сиңирилген = mc ∆T
Q сиңирилген = (0.2 кг) (2100 Дж/кг С₂ ) (0 ° C – (-10 ° C))
Q сиңирилген = (0.2 кг) (2100 Дж/кг С₂o ) (10 ° C)
Q сиңирилген = 4,200 Джоуль
Q сиңирилген = 4.2 кДж
0.2 кг музду эритүү үчүн керектүү жылуулук (бардык музду сууга айландыруу үчүн керектүү жылуулук)
Q биригүү = м L F
Q биригүү = (0.2 кг) (334 x 10 3 Дж/кг)
Q синтези = 66.8 x 10 3 Джоуль
Q биригүү = 66.8 кДж
Жогорудагы эсептөөлөрдүн негизинде, жыйынтыктар:
Q бөлүнүп чыгуу = 150.48 кДж
Q сиңирилген = 4.2 кДж
Q биригүү = 66.8 кДж
Ысык чай 150.48 кДж жылуулук бөлүп чыгарганда, ысык чайдын температурасы 90 ° Cден 0 ° Cге чейин өзгөргөн. Бөлүнүп чыккан жылуулуктун бир бөлүгү (болжол менен 4.2 кДж) муздун температурасын -10 ° Cден 0 ° Cге чейин көтөрүү үчүн колдонулган.
150.48 кДж – 4.2 кДж = 146.28 кДж. Калган жылуулук = 146.28 кДж.
Бардык музду сууга айландыруу үчүн талап кылынган жылуулук болгону 66.8 кДж. 146.28 кДж – 66.8 кДж = 79.48 кДж. Көрсө, ашыкчасы 79.48 кДж экен. Ысык чай температура 0 ° C чейин төмөндөмөйүнчө бардык жылуулукту чыгарбайт. Жыйынтык: акыркы аралашманын температурасы 0 ° C жогору болушу керек.
Экинчи кадам: Акыркы температураны (T) аныктоо
Муздун температурасын -10 ° Cден 0 ° Cге чейин көтөрүү үчүн талап кылынган жылуулук = 4200 Джоуль
Жылуулук бардык музду сууга эритип, башкача айтканда, жашыруун жылуулук = 66 800 Джоулду түзөт.
Жылуулук суунун температурасын (муздун эришинен пайда болгон суунун) 0 ° Cден T = (муз массасы) (суунун жылуулугу) (T – 0 ° C) = (0.2 кг) (4180 Дж/кг C₂ ) (T) = (836 Т) Дж/ К₂
Жылуу чайдын температураны 90 ° Cден Tге түшүрүү үчүн бөлүп чыгарган жылуулук = (ысык суунун массасы) (суунун жылуулук түрү) (90 ° C – T) = (0.4 кг) (4180 Дж/кг C₂ ) (90 ° C – T) = 1672 Дж/К₂ ( 90 ° C – T) = 150,480 Дж – (1672 Т) Дж/ К₂
4200 Дж + 66 800 Дж + (836 Т) Дж/Коль = 150 480 Дж – (1672 Т) Дж/ Коль
71 000 Дж + (836 Т) Дж/Коль = 150 480 Дж – (1672 Т) Дж/ Коль
(836 Т) Дж/К + (1672 Т) Дж/К = 150 480 Дж – 71 000 Дж
(2508 Т) Дж/К о = 79 480 Дж
Т = 31.7 ° C
Акыркы температура = 31.7 o C
