Šiluma ir fazės pasikeitimas – problemos ir sprendimai

Šiluma ir fazės pasikeitimas – problemos ir sprendimai

1. Remiantis grafiku, kokią šilumą sugeria 5 kg vandens CD proceso metu? Savitoji vandens šiluma = 4,200 J/kg ° C.

Žinomas:Šiluma ir fazės pasikeitimas – problemos ir sprendimai 1

Masė (m) = 5 kg

Vandens savitoji šiluma (c) = 4200 J/kg o C

Pradinė temperatūra (T1 ) = 0 ° C

Galutinė temperatūra (T2 ) = 10 ° C

Temperatūros pokytis (ΔT) = 10 ° C – 0 ° C = 10 ° C

Ieškoma: Šilumos (Q)

sprendimas:

Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg ° C)(10 ° C) = (5)(4200 J)(10) = (50)(4200 J) = 210 000 džaulių

2. Kokią šilumą sugeria 20 gramų ledo kintamosios srovės proceso metu, jei ledo savitoji šiluma yra 2100 J/kg ° C, o lydymosi šiluma yra 336 000 J/kg?

Šiluma ir fazės pasikeitimas – problemos ir sprendimai 2Žinomas:

Ledo masė (m) = 200 gramų = 200/1000 kilogramų = 0.2 kilogramo

Savitoji šiluma (c) = 2100 J/kg ° C

Ledo lydymosi šiluma (L F ) = 336 000 J/kg

Ieškoma: Ledo sugeriama šiluma kintamosios srovės proceso metu

sprendimas:

AB proceso metu ledas sugeria šilumą, todėl jo temperatūra pakeičiama nuo -10 ° C iki 0 ° C.

Q = mc ΔT

Q = šiluma, m = ledo masė, c = savitoji ledo šiluma, ΔT = temperatūros pokytis

Q1 = mcΔT = (0.2)(2100)(0-(-10) = (0.2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 džaulių

BC proceso metu sugeriama šiluma, kad visas ledas ištirptų ir virstų vandeniu. Šio proceso metu keičiasi tik fazė, o temperatūra nekinta. Ledo ir vandens temperatūra išlieka 0 ° C.

Šilumos absorbavimas proceso BC metu:

Q2 = mL F = (0.2 kg)(336 000 J/kg) = 67 200 džaulių

Kintamosios srovės proceso metu sugeriama šiluma:

Q = Q1 + Q2 = 4200 džaulių + 67 200 džaulių = 71 400 džaulių

3. Kaitinamas 2 kg vandens, vandens garavimo šiluma = 2.27 x 10⁶ J /kg, savitoji vandens šiluma = 4,200 J/kg ° C, o atmosferos slėgis yra 1 atm. Kokią šilumą vanduo sugeria proceso BC metu?

Žinomas:Šiluma ir fazės pasikeitimas – problemos ir sprendimai 3

Masė (m) = 2 kg

Vandens garavimo šiluma (L V ) = 2.27 x 10 6 J/kg

Vandens savitoji šiluma (c) = 4,200 J/kg o C

Ieškoma: proceso BC metu sugeriama šiluma.

sprendimas:

AB procese šiluma sugeriama, kad vandens temperatūra pakiltų nuo 60 ° C iki 100 ° C.

Q = m L V = (2 kg)(2.27 x 10 6 J/kg) = 4.54 x 10 6 džaulių = 4540 x 10 3 džaulių = 4540 kilodžaulių

4. Remiantis toliau pateiktu paveikslu, jei ledo masė yra 500 gramų, savitoji šiluma yra 2100 J/kg ° C, o latentinė ledo lydymosi šiluma yra 336 000 J/kg. Apskaičiuokite P–Q–R procese reikalingą šilumą.

taip pat žr  Riedėjimo judesys – problemos ir sprendimai

Žinomas:Šiluma ir fazės pasikeitimas – problemos ir sprendimai 5

Ledo masė (m) = 500 gramų = 500/1000 kg = 0.5 kg

Ledo savitoji šiluma (c) = 2100 J/kg o C

Latentinė lydymosi šiluma (LF ) = 336 000 J/kg

Ieškoma: Šilumos

sprendimas:

Proceso PQ = sugeriama šiluma, kad ledo temperatūra pakiltų nuo -4 ° C iki 0 ° C

QR procesas = ledo sugeriama šiluma, kad visas ledas ištirptų į vandenį

Proceso metu sugertos šilumos PQ apskaičiuojamas pagal lygtį:

Q = mc ΔT

Q = šiluma, m = masė, c = ledo savitoji šiluma, ΔT = temperatūros pokytis

Proceso metu sugerto ledo šiluma PQ apskaičiuojama pagal šią lygtį:

Q = (0.5 kg) (2100 J/kg o C) (0 o C-(-4 o C))

Q = (0.5 kg) (2100 J/kg o C) (0 o C + 4 o C)

Q = (0.5 kg) (2100 J/kg o C) (4 o C)

Q = (0.5)(2100 J)(4)

Q = 4200 džaulių

Proceso metu sugerta šiluma QR apskaičiuojama pagal šią lygtį:

Q = m L F

Q = (0.5 kg) (336 000 J/kg)

Q = (0.5) (336 000 J)

Q = 168,000 džaulių

Bendra šiluma:

Q = 4200 džaulių + 168 000 džaulių

Q = 172,200 džaulių

Q = 172.2 kilodžaulio

Q = 172.2 kJ

5. 50 gramų masės ledas, kaitinamas nuo -5 ° C iki 60 ° C temperatūros vandens . Jei ledo lydymosi šiluma yra 80 kal/gramo, savitoji ledo šiluma yra 0.5 kal/gramo ° C, o vandens savitoji šiluma yra 1 kal/gramo ° C, nustatykite CD procese reikalingą šilumą.

Žinomas:

Ledo masė = vandens masė (m) = 50 gramų Šiluma ir fazės pasikeitimas – problemos ir sprendimai 6

Latentinė ledo lydymosi šiluma (L F ) = 80 kalorijų/gramas

Ledo savitoji šiluma (c ledo) = 0.5 cal/gram o C

Vandens savitoji šiluma (c vanduo) = 1 kcal/gramas ° C

Ieškoma: Šiluma, reikalinga CD procese

sprendimas:

A–B procese ledo temperatūrai pakelti nuo -5 ° C iki 0 ° C naudojama šiluma. Šiluma apskaičiuojama pagal šią lygtį: Q = mc ΔT, kur Q = šiluma, m = ledo masė, c = savitoji ledo šiluma, ΔT = temperatūros pokytis nuo -5 ° C iki 0 ° C.

B–C procesuose šiluma naudojama visam ledui ištirpinti į vandenį. Šio proceso metu temperatūra nekinta. Šiluma apskaičiuojama pagal šią lygtį: Q = m L F , kur Q = šiluma, m = ledo masė, L F = ledo latentinė lydymosi šiluma.

C–D procesuose šiluma naudojama vandens temperatūrai pakelti nuo 0 ° C iki 60 ° C. Šiluma apskaičiuojama pagal šią lygtį: Q = mc ΔT, kur Q = šiluma, m = vandens masė, c = savitoji vandens šiluma, ΔT = temperatūros pokytis nuo 0 ° C iki 60 ° C.

taip pat žr  Inercijos momento lygtis

Šilumos kiekis, reikalingas C–D procesams:

Q = mc ΔT = (50 gramų)(1 kal/gramas ° C)(60 ° C – 0 ° C) = (50)(1)(60) kal = 3000 kal

6. Jei ledo masė yra 1 kg, savitoji ledo šiluma yra 2100 J/kg o C, latentinė ledo lydymosi šiluma yra 336 000 J/kg, o savitoji vandens šiluma yra 4200 J/kg o C, tada nustatykite PQR procesui reikalingą šilumą.

Žinomas:

Ledo masė = 1 kgŠiluma ir fazės pasikeitimas – problemos ir sprendimai 7

Latentinė ledo lydymosi šiluma (L F ) = 336 000 J/kg

Savitoji ledo šiluma (c ledas) = ​​2,100 J/kg o C

Vandens savitoji šiluma (c vanduo) = 4,200 J/kg o C

Ieškoma: Šiluma, reikalinga PQR procesui

sprendimas:

P–Q procese šiluma naudojama ledo temperatūrai pakelti nuo -5 ° C iki 0 ° C. Šiluma apskaičiuojama pagal šią lygtį: Q = mc ΔT, kur Q = šiluma , m = ledo masė , c = savitoji ledo šiluma, ΔT = temperatūros pokytis nuo -5 ° C iki 0 ° C.

Šilumos poreikis procese P–Q:

Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 džaulių

Procese nuo Q iki R, šiluma, reikalinga visam ledui ištirpdyti į vandenį. Šio proceso metu temperatūra nekinta. Šiluma apskaičiuojama pagal šią lygtį: Q = m L F , kur Q = šiluma , m = ledo masė , L F = ledo latentinė lydymosi šiluma.

Šilumos poreikis procese nuo Q iki R:

Q = m L F = (1) (336 000) = 336 000 džaulių

Bendra šiluma:

10 500 + 336 000 = 346 500 džaulių

  1. Kas yra latentinė šiluma?
    • atsakymasLatentinė šiluma yra šilumos energija, reikalinga medžiagos fazei pakeisti nekeičiant jos temperatūros. Ji parodo energiją, reikalingą tarpmolekuliniams ryšiams nutraukti arba suformuoti fazinių pokyčių metu.
  2. Kodėl fazės kitimo metu temperatūra išlieka pastovi?
    • atsakymasFazės kitimo metu visa tiekiama arba pašalinama šilumos energija panaudojama medžiagos fazei pakeisti. Ši energija panaudojama tarpmolekuliniams ryšiams nutraukti arba sudaryti, o ne medžiagos kinetinei energijai ar temperatūrai padidinti.
  3. Kuo skiriasi latentinė lydymosi šiluma nuo latentinės garavimo šilumos?
    • atsakymasLatentinė lydymosi šiluma – tai šilumos energija, reikalinga medžiagai pakeisti iš kietos į skystą (arba atvirkščiai) jos lydymosi temperatūroje. Latentinė garavimo šiluma – tai šilumos energija, reikalinga medžiagai pakeisti iš skystos į dujinę (arba atvirkščiai) jos virimo temperatūroje.
  4. Kodėl vėjuotą dieną išlipę iš baseino jaučiamės šalti, net jei oro temperatūra šilta?
    • atsakymasVandeniui garuojant nuo mūsų odos, jis keičiasi iš skysčio į garus. Šiam procesui reikia energijos, kuri iš mūsų odos paimama šilumos pavidalu, todėl mūsų oda jaučiasi vėsesnė.
  5. Kodėl 100 °C temperatūros garai yra pavojingesni nei 100 °C temperatūros verdantis vanduo?
    • atsakymasGarai turi daugiau energijos nei verdantis vanduo, nes jie sugeria latentinę garavimo šilumą fazės virsmo iš vandens į garus metu. Kai garai kondensuojasi ant odos, jie išskiria šią papildomą energiją ir sukelia sunkesnius nudegimus nei verdantis vanduo.
  6. Kaip druskos įdėjimas į ledą sumažina jo lydymosi temperatūrą?
    • atsakymasĮpylus druskos, sutrinka ledo ir vandens mišinio tirpimo ir užšalimo pusiausvyra. Dėl to žemesnėje nei įprastai temperatūroje ištirpsta daugiau ledo, todėl mišinio užšalimo temperatūra sumažėja.
  7. Kodėl prakaitavimas padeda atvėsinti kūną karštą dieną?
    • atsakymasPrakaitas, išgaravęs nuo odos, pereina iš skystos į dujinę būseną. Šiam garavimo procesui reikia energijos, kuri paimama iš odos, todėl ji atvėsinama.
  8. Kas yra sublimacija fazinių pokyčių kontekste?
    • atsakymasSublimacija yra tiesioginis fazės virsmas iš kietos būsenos į dujinę, nepraeinant pro skystąją fazę. Dažnas pavyzdys yra sauso ledo (kieto anglies dioksido) tiesioginis virsmas anglies dioksido dujomis.
  9. Kodėl ledui ištirpinti reikia šilumos energijos, net jei temperatūra išlieka 0 °C?
    • atsakymasŠilumos energija naudojama tarpmolekuliniams ryšiams, laikantiems ledą kietoje struktūroje, nutraukti. Kai šie ryšiai nutrūksta, ledas pereina į skystąją fazę, net jei temperatūra nesikeičia.
  10. Kaip slėgis veikia skysčio virimo temperatūrą?
  • atsakymasPaprastai padidinus išorinį slėgį, skysčio virimo temperatūra pakyla, o sumažinus slėgį – sumažėja. Štai kodėl vanduo dideliame aukštyje, kur atmosferos slėgis yra mažesnis, užverda žemesnėje nei 100 °C temperatūroje.
Spausdinti draugais, PDF ir el. Paštu