Melnais princips – problēmas un risinājumi
1. 200 grami ūdens 30°C temperatūrā sajaukti ar 100 gramiem ūdens 90°C temperatūrā. Ūdens īpatnējais siltums = 1 kal.grams −1 °C −1 . Nosakiet maisījuma galīgo temperatūru!
Zināms:
Ūdens masa 2 ( m1 ) = 200 grami
Ūdens temperatūra 1 (T1 ) = 30 ° C
Ūdens masa 2 (m 2 ) = 100 grami
Ūdens temperatūra 2 (T2 ) = 90 ° C
Ūdens īpatnējais siltums (c) = 1 kal.grams −1 °C −1
Vēlama: galīgā temperatūra
šķīdums:
Vēsāka ūdens atbrīvotais siltums ( Q2 ) = vēsāka ūdens absorbētais siltums ( Q1 )
m 2 c (ΔT) = m 1 c (ΔT)
(100)(1)(90 – T) = (200)(1)(T – 30)
(100)(90 – T) = (200)(T – 30)
9000 – 100T = 200T – 6000
9000 + 6000 = 200T + 100T
15000 = 300T
T = 15000/300
T = 50 ° C
2. 60 grami 90 ° C temperatūrā sajaukti ar 40 gramiem ūdens 25 ° C temperatūrā . Kāda ir maisījuma galīgā temperatūra? Ūdens īpatnējais siltums = 1 kal.g⁻¹ . o C⁻¹.
Zināms:
Ūdens masa 1 (m1 ) = 60 grami
Ūdens temperatūra 1 (T1 ) = 90 ° C
Ūdens masa 2 (m2 ) = 40 grami
Ūdens temperatūra 2 (T2 ) = 25 ° C
Ūdens īpatnējais siltums (c) = 1 kal.g⁻¹ o C⁻¹
Vēlama: galīgā temperatūra
šķīdums:
Vēsāka ūdens atbrīvotais siltums (Q2 ) = vēsāka ūdens absorbētais siltums ( Q1 )
m 1 c (ΔT) = m 2 c (ΔT)
(60)(1)(90 – T) = (40)(1)(T – 25)
(60)(90 – T) = (40)(T – 25)
5400 – 60T = 40T – 1000
5400 + 1000 = 40T + 60T
6400 = 100T
T = 6400/100
T = 64 ° C
3. M grams ledus 0 ° C temperatūrā ievietots 340 gramos ūdens 20 ° C temperatūrā noteiktā traukā. Latentais kušanas siltums (L ledus ) = 80 cal g -1 , ūdens īpatnējais siltums (c ūdens ) = 1 cal g -1 o C -1 . Viss ledus kūst, un termiskais līdzsvars = 5 ° C. Aprēķiniet ledus masu.
Zināms:
Ūdens masa (m3) = 340 grami
Ledus temperatūra (T ledus ) = 0 ° C
Ūdens temperatūra (T ūdens ) = 20 ° C
Termiskā līdzsvara temperatūra (T) = 5 ° C
Ledus latentais kušanas siltums (L ledus ) = 80 cal g -1
Ūdens īpatnējais siltums (c ūdens ) = 1 cal g -1 o C -1
Meklē: ledus masa (M)
šķīdums:
Ūdens izdalītais siltums (Q2 ) = ledus absorbētais siltums ( Q1 )
m ūdens c ūdens (ΔT) = m ledus L ledus + m ledus c ūdens (ΔT)
(340)(1)(20-5) = M (80) + M (1)(5-0)
(340)(15) = 80 miljoni + 5 miljoni
5100 = 85 miljoni
M = 5100/85
M = 60 grami
4. Varš 100 ° C temperatūrā ievietots 128 gramos ūdens 30 ° C temperatūrā . Ūdens īpatnējais siltums ir 1 kal.g⁻¹o C⁻¹ , un vara īpatnējais siltums ir 0.1 kal.g⁻¹o C⁻¹ . Ja termiskā līdzsvara temperatūra = 36 ° C, kāda ir vara masa?
Zināms:
Vara temperatūra (T1 ) = 100 ° C
Vara īpatnējais siltums (c1 ) = 0.1 kal.g⁻¹o C⁻¹
Ūdens masa (m² ) = 128 grami
Ūdens temperatūra (T2 ) = 30 ° C
Ūdens īpatnējais siltums (c2 ) = 1 kal.g⁻¹o C⁻¹
Termiskā līdzsvara temperatūra (T) = 36 ° C
Vēlams: vara masa ( m1 )
šķīdums:
Q varš = Q ūdens
m1c1ΔT = m2c2ΔT
( m1 )(0.1)(100–36) = (128)(1)(36–30)
( m1 )(0.1)(64) = (128)(1)(6)
(m1 ) (6.4) = 768
m1 = 768 / 6.4
m1 = 120 grami
5. 3 kg svina ar īpatnējo siltumu 1400 J.kg -1 C -1 80 ° C temperatūrā, ievietots 10 kg ūdens ar īpatnējo siltumu 4200 J.kg -1 C -1 . Termiskā līdzsvara temperatūra ir 20 ° C. Kāda ir ūdens sākotnējā temperatūra?
Zināms:
Svina masa (m1 ) = 3 kg
Svina īpatnējais siltums (c1 ) = 1400 J.kg⁻¹ C⁻¹
Svina temperatūra (T1 ) = 80 ° C
Ūdens masa (m² ) = 10 kg
Ūdens īpatnējais siltums (c2 ) = 4200 J.kg⁻¹ C⁻¹
Termiskā līdzsvara temperatūra (T) = 20 ° C
Vēlama: ūdens sākotnējā temperatūra ( T2 )
šķīdums:
Q izdalīšanās = Q absorbcija
Q svins = Q ūdens
m1c1ΔT = m2c2ΔT
(3)(1400)(80-20) = (10)(4200)(20-T)
(4200)(60) = (42 000)(20 — T)
252,000 = 840,000 – 42,000 T
42 000 T = 840 000–252 000
42 000 T = 588 000
T = 588,000 / 42,000
T = 14. gads
Sākotnējā ūdens temperatūra ir 14 ° C.
6. 75 grami ūdens 0 ° C temperatūrā sajaukti ar 50 gramiem ūdens, tātad maisījuma temperatūra ir 40 ° C. Kāda ir 50 gramu ūdens sākotnējā temperatūra?
Zināms:
Ūdens masa 1 (m1 ) = 75 grami
Ūdens sākotnējā temperatūra 1 (T1 ) = 0 ° C
Ūdens masa 2 (m2 ) = 50 grami
Maisījuma temperatūra (T) = 40 ° C
Vēlama: Ūdens 2 sākotnējā temperatūra ( T2 )
šķīdums:
Siltums, ko izdala vēsāks ūdens (Q izdalīšanās ) = siltums, ko absorbē vēsāks ūdens (Q absorbcija )
m1c ( ΔT1 ) = m2c ( ΔT2 )
m1 ( ΔT1 ) = m2 ( ΔT2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T2 – 40)
(75)(40) = (50)(T2 – 40)
3000 = 50 T2 – 2000
42 000 + 21 000 = 50 T2
63 000 = 50 T2
T2 = 100 ° C
7. 200 grami metāla, kas uzkarsēti līdz 120 ° C, pēc tam ievietoti 100 gramos ūdens 30 ° C temperatūrā. Maisījuma temperatūra termiskajā līdzsvarā ir 60 ° C. Ja ūdens īpatnējais siltums ir 4200 J.kg -1 o C -1 , kāds ir metāla īpatnējais siltums?
šķīdums:
Masas mērvienību konvertēšana no gramiem uz kilogramiem (starptautiskās mērvienības)
Zināms:
Metāla masa (m1 ) = 200 grami = 0.2 kg
Metāla temperatūra (T1 ) = 120 ° C
Ūdens masa (m² ) = 100 grami = 0.1 kg
Ūdens temperatūra (T2 ) = 30 ° C
Maisījuma temperatūra (T) = 60 ° C
Ūdens īpatnējais siltums (c2 ) = 4200 J.kg⁻¹ o C⁻¹
Vēlams: metāla īpatnējais siltums ( c1 )
šķīdums:
Q izdalīšanās = Q absorbcija
m1c1 ( ΔT1 ) = m2c2 ( ΔT2 )
(0.2)(c1 ) (120 – 60) = (0.1)(4200)(60 – 30)
(0.2)(c1 ) (60) = (0.1)(4200)(30)
12 c 1 = 12600
c1 = 12600 / 12
c1 = 1050
1. Jautājums: Kas bija Džozefs Bleks? Atbilde: Džozefs Bleks bija 18. gadsimta skotu ārsts un ķīmiķis, kas bija pazīstams ar saviem atklājumiem latentā siltuma, īpatnējā siltuma un oglekļa dioksīda jomā.
2. Jautājums: Kas ir latentais siltums? Atbilde: Latentais siltums ir enerģijas daudzums, ko viela absorbē vai atbrīvo fāzes maiņas laikā, piemēram, kušanas vai vārīšanās laikā, nemainot tās temperatūru.
3. Jautājums: Kā latentais siltums atšķiras no jūtamā siltuma? Atbilde: Lai gan jūtamais siltums izraisa vielas temperatūras izmaiņas bez fāzes izmaiņām, latentais siltums izraisa fāzes izmaiņas bez temperatūras izmaiņām.
4. Jautājums: Kāda bija Bleka eksperimentu ar latento siltumu nozīme termodinamikas pētījumos? Atbilde: Bleka darbs lika pamatus izpratnei par siltumenerģiju un tās nezūdamību, bruģējot ceļu tālākiem sasniegumiem termodinamikā un kalorimetrijā.
5. Jautājums: Kāpēc ledum 0°C temperatūrā un ūdenim 0°C temperatūrā ir atšķirīgs siltumenerģijas daudzums? Atbilde: Ledum 0°C temperatūrā ir jāabsorbē latentais kušanas siltums, lai tas kļūtu par ūdeni 0°C temperatūrā. Tādējādi ūdenim 0°C temperatūrā ir vairāk siltumenerģijas nekā ledum tajā pašā temperatūrā šī absorbētā latentā siltuma dēļ.
6. Jautājums: Kas ir īpatnējais siltums? Atbilde: Īpatnējais siltums ir siltumenerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai paaugstinātu vielas masas vienības temperatūru par vienu Celsija vai Kelvina grādu.
7. Jautājums: Kā Bleka darbs par īpatnējo siltumu noveda pie izpratnes par vielu dažādajām siltumietilpībām? Atbilde: Bleks atklāja, ka vienādām dažādu vielu masām ir nepieciešams atšķirīgs siltuma daudzums, lai panāktu vienādas temperatūras izmaiņas. Šis novērojums ieviesa vielu īpatnējās siltumietilpības jēdzienu.
8. Jautājums: Kāpēc latentā siltuma jēdziens ir tik svarīgs laikapstākļu sistēmās? Atbilde: Latentajam siltumam ir būtiska loma laikapstākļu sistēmās, jo ūdens fāžu izmaiņās, piemēram, iztvaikošanā un kondensācijā, ir iesaistīta enerģija. Šī enerģijas pārnešana ietekmē temperatūru, mākoņu veidošanos un laikapstākļu modeļus.
9. Jautājums: Kādu ierīci Džozefs Bleks izmantoja, lai mērītu siltuma izmaiņas savos eksperimentos? Atbilde: Bleks savos eksperimentos izmantoja vienkāršu kalorimetru — instrumentu siltuma izmaiņu mērīšanai, lai kvantitatīvi noteiktu absorbētā vai atbrīvotā siltuma daudzumu.
10. Jautājums: Kā Bleka atklājums par oglekļa dioksīdu (ko viņš sauca par “fiksētu gaisu”) veicināja ķīmiju? Atbilde: Bleka identificēšana ar oglekļa dioksīdu kā atšķirīgu gāzi, kas atšķiras no atmosfēras gaisa, bija izšķiroša gāzu ķīmijas attīstībā un pavēra ceļu ķīmisko reakciju, kurās iesaistītas gāzes, izpratnei.
