Siltums un fāzes maiņa – problēmas un risinājumi

Siltums un fāzes maiņa – problēmas un risinājumi

1. Pamatojoties uz grafiku, cik daudz siltuma CD procesa laikā absorbē 5 kg ūdens? Ūdens īpatnējais siltums = 4,200 J/kg ° C.

Zināms:Siltums un fāzes maiņa – problēmas un risinājumi 1

Masa (m) = 5 kg

Ūdens īpatnējais siltums (c) = 4200 J/kg o C

Sākotnējā temperatūra (T1 ) = 0 ° C

Galīgā temperatūra (T2 ) = 10 ° C

Temperatūras izmaiņas (ΔT) = 10 ° C – 0 ° C = 10 ° C

Meklē: Siltums (Q)

šķīdums:

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

2. Cik lielu siltumu absorbē 20 grami ledus maiņstrāvas procesā, ja ledus īpatnējais siltums ir 2100 J/kg o C un ledus kušanas siltums ir 336 000 J/kg?

Siltums un fāzes maiņa – problēmas un risinājumi 2Zināms:

Ledus masa (m) = 200 grami = 200/1000 kilogrami = 0.2 kilogrami

Īpatnējais siltums (c) = 2100 J/kg ° C

Ledus kušanas siltums (L F ) = 336 000 J/kg

Meklē: Siltums, ko absorbē ledus maiņstrāvas procesā

šķīdums:

Procesa AB laikā ledus absorbē siltumu, mainot tā temperatūru no -10 ° C līdz 0 ° C.

Q = mc ΔT

Q = siltums, m = ledus masa, c = ledus īpatnējais siltums, ΔT = temperatūras izmaiņas

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

BC procesa laikā siltums tiek absorbēts, lai izkausētu visu ledu ūdenī. Šajā procesā mainās tikai fāze, un temperatūra nemainās. Ledus un ūdens temperatūra paliek 0 ° C.

Procesa BC laikā absorbētais siltums:

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

Siltums, kas absorbēts maiņstrāvas procesā:

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

3. Tiek uzkarsēti 2 kg ūdens, ūdens iztvaikošanas siltums = 2.27 x 10⁶ J /kg, ūdens īpatnējais siltums = 4,200 J/kg ° C un atmosfēras spiediens ir 1 atm. Cik daudz siltuma ūdens absorbē procesa BC laikā?

Zināms:Siltums un fāzes maiņa – problēmas un risinājumi 3

Masa (m) = 2 kg

Ūdens iztvaikošanas siltums (L V ) = 2.27 x 10 6 J/kg

Ūdens īpatnējais siltums (c) = 4,200 J/kg o C

Vēlams: Procesa BC laikā absorbētais siltums.

šķīdums:

AB procesā siltums tiek absorbēts, lai paaugstinātu ūdens temperatūru no 60 ° C līdz 100 ° C.

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

4. Pamatojoties uz zemāk redzamo attēlu, ja ledus masa ir 500 grami, īpatnējais siltums ir 2100 J/kg ° C un ledus latentais kušanas siltums ir 336 000 J/kg. Nosakiet procesā P–Q–R nepieciešamo siltumu.

Skatīt arī  Vidējais ātrums un vidējais ātrums — problēmas un risinājumi

Zināms:Siltums un fāzes maiņa – problēmas un risinājumi 5

Ledus masa (m) = 500 grami = 500/1000 kg = 0.5 kg

Ledus īpatnējais siltums (c) = 2100 J/kg o C

Latentais kušanas siltums (LF ) = 336 000 J/kg

Meklē: Siltums

šķīdums:

Procesa PQ = absorbētais siltums, lai paaugstinātu ledus temperatūru no -4 ° C līdz 0 ° C

QR process = siltums, ko ledus absorbē, lai izkausētu visu ledu ūdenī

Procesa laikā absorbētā siltuma PQ aprēķināts, izmantojot vienādojumu:

Q = mc ΔT

Q = siltums, m = masa, c = ledus īpatnējais siltums, ΔT = temperatūras izmaiņas

Procesa laikā absorbētā ledus siltums PQ aprēķināts, izmantojot šo vienādojumu:

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

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

Q = (0.5 kg) (2100 J/kg o C) (4 oC )

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

Q = 525 000 džoulu

QR procesa laikā absorbētais siltums tiek aprēķināts, izmantojot šo vienādojumu:

Q = m L F

Q = (0.5 kg) (336 000 J/kg)

Q = (0.5)(336 000 J)

Q = 525 000 džoulu

Kopējais siltums:

Q = 4200 džouli + 168 000 džouli

Q = 525 000 džoulu

Q = 172.2 kilodžouli

Q = 172.2 kJ

5. Ledus ar masu 50 grami, kas uzkarsēts no -5 ° C ūdenī 60 ° C temperatūrā. Ja ledus kušanas siltums ir 80 kal/grams, ledus īpatnējais siltums ir 0.5 kal/grams ° C, ūdens īpatnējais siltums ir 1 kal/grams ° C, nosakiet CD procesā nepieciešamo siltumu.

Zināms:

Ledus masa = ūdens masa (m3) = 50 grami Siltums un fāzes maiņa – problēmas un risinājumi 6

Ledus latentais kušanas siltums (L F ) = 80 kalorijas/grams

Ledus īpatnējais siltums (c ledus) = 0.5 kal/grams o C

Ūdens īpatnējā siltumspēja (c ūdens) = 1 kcal/grams ° C

Vēlams: CD procesā nepieciešamais siltums

šķīdums:

A–B procesā ledus temperatūras paaugstināšanai no -5 ° C līdz 0 ° C tiek izmantots siltums. Siltumu aprēķina, izmantojot šo vienādojumu: Q = mc ΔT, kur Q = siltums, m = ledus masa, c = ledus īpatnējais siltums, ΔT = temperatūras izmaiņas no -5 ° C līdz 0 ° C.

B–C procesā siltums tiek izmantots, lai visu ledu izkausētu ūdenī. Šajā procesā temperatūra nemainās. Siltumu aprēķina, izmantojot šo vienādojumu: Q = m L F , kur Q = siltums, m = ledus masa, L F = ledus kušanas latentais siltums.

C līdz D procesā ūdens temperatūras paaugstināšanai no 0 ° C līdz 60 ° C tiek izmantots siltums. Siltumu aprēķina, izmantojot šo vienādojumu: Q = mc ΔT, kur Q = siltums, m = ūdens masa, c = ūdens īpatnējais siltums, ΔT = temperatūras izmaiņas no 0 ° C līdz 60 ° C.

Skatīt arī  Atsperes virknē un paralēli – problēmas un risinājumi

No C līdz D procesam nepieciešamais siltums:

Q = mc ΔT = (50 grami)(1 kal/grams ° C)(60 ° C - 0 ° C) = (50)(1)(60) kal = 3000 kal

6. Ja ledus masa ir 1 kg, ledus īpatnējais siltums ir 2100 J/kg o C, ledus latentais kušanas siltums ir 336 000 J/kg un ūdens īpatnējais siltums ir 4200 J/kg o C, tad nosakiet PQR procesā nepieciešamo siltumu.

Zināms:

Ledus masa = 1 kgSiltums un fāzes maiņa – problēmas un risinājumi 7

Ledus kušanas latentais siltums (L F ) = 336 000 J/kg

Ledus īpatnējais siltums (c ledus) = 2,100 J/kg o C

Ūdens īpatnējais siltums (c ūdens) = 4,200 J/kg o C

Vēlams: PQR procesā nepieciešamais siltums

šķīdums:

P–Q procesā ledus temperatūras paaugstināšanai no -5 ° C līdz 0 ° C tiek izmantots siltums. Siltumu aprēķina, izmantojot šo vienādojumu: Q = mc ΔT, kur Q = siltums , m = ledus masa , c = ledus īpatnējais siltums, ΔT = temperatūras izmaiņas no -5 ° C līdz 0 ° C.

Siltums, kas nepieciešams procesā P līdz Q:

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

Procesā no Q līdz R ir nepieciešams siltums, lai visu ledu izkausētu ūdenī. Šajā procesā temperatūra nemainās. Siltumu aprēķina, izmantojot šo vienādojumu: Q = mLF , kur Q = siltums , m = ledus masa , LF = ledus kušanas latentais siltums.

Siltums, kas nepieciešams procesā no Q līdz R:

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

Kopējais siltums:

10,500 + 336 000 = 346 500 džouli

  1. Kas ir latentais siltums?
    • atbildeLatentais siltums ir siltumenerģija, kas nepieciešama, lai mainītu vielas fāzi, nemainot tās temperatūru. Tā attēlo enerģiju, kas nepieciešama, lai fāžu maiņas laikā pārrautu vai izveidotu starpmolekulārās saites.
  2. Kāpēc fāzes maiņas laikā temperatūra paliek nemainīga?
    • atbildeFāzes maiņas laikā visa piegādātā vai atņemtā siltumenerģija tiek izmantota, lai mainītu vielas fāzi. Šī enerģija tiek izmantota starpmolekulāro saišu pārraušanai vai veidošanai, nevis vielas kinētiskās enerģijas vai temperatūras palielināšanai.
  3. Kāda ir atšķirība starp latento kušanas siltumu un latento iztvaikošanas siltumu?
    • atbildeLatentais kušanas siltums attiecas uz siltumenerģiju, kas nepieciešama, lai vielu pārvērstu no cietas vielas šķidrā stāvoklī (vai otrādi) tās kušanas temperatūrā. Latentais iztvaikošanas siltums attiecas uz siltumenerģiju, kas nepieciešama, lai vielu pārvērstu no šķidras vielas gāzveida stāvoklī (vai otrādi) tās viršanas temperatūrā.
  4. Kāpēc mums ir auksti, kad vējainā dienā izkāpjam no peldbaseina, pat ja gaisa temperatūra ir silta?
    • atbildeŪdenim iztvaikojot no mūsu ādas, tas mainās no šķidruma uz tvaiku. Šim procesam ir nepieciešama enerģija, kas tiek iegūta no mūsu ādas siltuma veidā, kā rezultātā mūsu āda šķiet vēsāka.
  5. Kāpēc tvaiks 100°C temperatūrā ir bīstamāks par verdošu ūdeni 100°C temperatūrā?
    • atbildeTvaiks satur vairāk enerģijas nekā verdošs ūdens, jo fāzes maiņas laikā no ūdens uz tvaiku tas ir absorbējis latento iztvaikošanas siltumu. Kad tvaiks kondensējas uz ādas, tas atbrīvo šo papildu enerģiju, izraisot smagākus apdegumus nekā verdošs ūdens.
  6. Kā sāls pievienošana ledum pazemina tā kušanas temperatūru?
    • atbildeSāls pievienošana izjauc līdzsvaru starp ledus un ūdens maisījuma kušanu un sasalšanu. Tas izraisa lielāka ledus kušanu zemākā temperatūrā nekā parasti, efektīvi pazeminot maisījuma sasalšanas temperatūru.
  7. Kāpēc svīšana palīdz atdzesēt ķermeni karstā dienā?
    • atbildeSviedri, iztvaikojot no ādas, mainās no šķidruma uz gāzveida stāvokli. Šim iztvaikošanas procesam ir nepieciešama enerģija, kas tiek ņemta no ādas, tādējādi to atdzesējot.
  8. Kas ir sublimācija fāžu izmaiņu kontekstā?
    • atbildeSublimācija ir tieša fāzes maiņa no cietas vielas uz gāzveida fāzi, nešķērsojot šķidro fāzi. Biežs piemērs ir sausā ledus (cieta oglekļa dioksīda) tieša pāreja uz oglekļa dioksīda gāzi.
  9. Kāpēc ledus kausēšanai nepieciešama siltumenerģija, pat ja temperatūra saglabājas 0 °C?
    • atbildeSiltumenerģija tiek izmantota, lai pārrautu starpmolekulārās saites, kas satur ledu tā cietajā struktūrā. Kad šīs saites ir pārrautas, ledus pāriet šķidrā fāzē, pat ja temperatūra nemainās.
  10. Kā spiediens ietekmē šķidruma viršanas temperatūru?
  • atbildeParasti, palielinot ārējo spiedienu, šķidruma viršanas temperatūra paaugstinās, bet, samazinot spiedienu, tā pazeminās. Tāpēc ūdens vārās temperatūrā, kas zemāka par 100 °C, lielos augstumos, kur atmosfēras spiediens ir zemāks.
Drukāt draudzīgs, PDF un e-pasts