Топлина и промена на фазата – проблеми и решенија

Топлина и промена на фазата – проблеми и решенија

1. Врз основа на графиконот, колкава е топлината апсорбирана од 5 кг вода за време на процесот на CD? Специфична топлина на водата = 4,200 J/kg ^o C.

Познато:

Маса (м) = 5 кг

Специфична топлина на водата (c) = 4200 J/kg ^o C

Почетна температура (T1 ₎ = 0 ^° C

Конечна температура (T2 ₎ = 10 ^° C

Промената на температурата (ΔT) = 10 ^o C – 0 ^o C = 10 ^o C

Се бара: Топ (Q)

Решение:

Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg ^o C)(10 ^o C) = (5)(4200 J)(10) = (50)(4200 J) = 210,000 џули

2. Колкава е топлината апсорбирана од 20 грама мраз за време на процесот на AC, ако специфичната топлина на мразот е 2100 J/kg ^o C, а топлината на топење на мразот е 336,000 J/kg.

Познато:

Маса на мраз (m) = 200 грама = 200/1000 килограми = 0.2 килограми

Специфична топлина (c) = 2100 J/kg ^o C

Топлина на топење на мраз (L2F ₎ = 336,000 J/kg

Се бара: Топлина апсорбирана од мраз за време на процесот на климатизација

Решение:

За време на процесот AB, топлината се апсорбира од мразот за да се промени неговата температура од -10 ^° C на 0 ^° C.

Q = mc ΔT

Q = топлина, m = маса на мраз, c = специфична топлина на мраз, ΔT = промена на температурата

Q1 = mc ΔT = (0.2)(2100)(0-(-10) = ₍ 0.2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 џули

За време на процесот BC, топлината се апсорбира за да се стопи целиот мраз во вода. Во овој процес се менува само фазата и нема промена на температурата. Температурата на мразот и водата останува 0 ^° C.

Топлина апсорбирана за време на процесот BC:

Q2 = m L _F = (0.2 кг)(336,000 J/кг) = 67,200 _џули

Топлина апсорбирана за време на процесот на наизменична струја:

Q = _Q1 + Q2 ₌ 4200 џули + 67,200 џули = 71,400 џули

3. Вода од 2 кг се загрева, а топлината на испарување за водата е 2.27 x 10 ⁶ J/kg, специфичната топлина за водата е 4,200 J/kg ^o C и атмосферскиот притисок е 1 atm, која е топлината апсорбирана од водата за време на процесот BC?

Познато:

Маса (м) = 2 кг

Топлина на испарување за вода (L _V ) = 2.27 x ¹⁰⁶ J/kg

Специфична топлина за вода (c) = 4,200 J/kg ^o C

Се бара: Топлина апсорбирана за време на процесот BC.

Решение:

Во процесот AB, топлината се апсорбира за да се зголеми температурата на водата од 60 ^° C на 100 ^° C.

Q = m L _V = (2 кг)(2.27 x 10 ⁶ J/кг) = 4.54 x 10 ⁶ Џули = 4540 x 10 ³ Џули = 4540 кило џули

4. Врз основа на сликата подолу, ако масата на мразот е 500 грама, специфичната топлина е 2100 J/kg ^o C, а латентната топлина на топење на мразот е 336,000 J/kg. Определете ја топлината потребна во процесот P–Q–R.

Познато:

Маса на мраз (m) = 500 грама = 500/1000 кг = 0.5 кг

Специфична топлина за мраз (c) = 2100 J/kg ^o C

Латентна топлина на фузија (L2F ₎ = 336,000 J/kg

Се бара: Топлина

Решение:

Процес PQ = топлина апсорбирана за да се зголеми температурата на мразот од -4 ^° C на 0 ^° C

Процес QR = топлина апсорбирана од мраз за да се стопи целиот мраз во вода

Топлината апсорбирана за време на процесот PQ пресметана со помош на равенката:

Q = mc ΔT

Q = топлина, m = маса, c = специфична топлина на мразот, ΔT = промена на температурата

Топлински апсорбиран мраз за време на процесот PQ пресметан со помош на оваа равенка:

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 џули

Топлината апсорбирана за време на процесот QR пресметана со помош на оваа равенка:

Q = m L _F

Q = (0.5 кг) (336,000 J/кг)

Q = (0.5)(336,000 J)

Q = 168,000 џули

Вкупна топлина:

Q = 4200 џули + 168,000 џули

Q = 172,200 џули

Q = 172.2 кило џули

Q = 172.2 kJ

5. Мраз со маса од 50 грама загреан од -5 ^° C во вода на 60 ^° C. Ако топлината на топење за мраз е 80 кал/грам, специфичната топлина за мраз е 0.5 кал/грам ^° C, а специфичната топлина за вода е 1 кал/грам ^° C, одредете ја топлината потребна во процесот CD.

Познато:

Маса на мраз = маса на вода (m) = 50 грама

Латентна топлина на фузија за мраз (L2F ₎ = 80 калории/грам

Специфична топлина за мраз (c мраз) = 0.5 кал/грам ^o C

Специфична топлина за вода (c вода) = 1 кал/грам ^o C

Се бара: Потребна топлина во процесот CD

Решение:

Во процесот А до Б, топлината се користи за да се зголеми температурата на мразот од -5 ^° C на 0 ^° C. Топлината се пресметува со помош на оваа равенка: Q = mc ΔT, каде што Q = топлина, m = маса на мраз, c = специфична топлина за мраз, ΔT = промената на температурата од -5 ^° C на 0 ^° C.

Во процесот од Б до В, топлината се користи за топење на целиот мраз во вода. Во овој процес, температурата не се менува. Топлината се пресметува со помош на оваа равенка: Q = m, L, _F , каде што Q = топлина, m = маса на мраз, L, _F = латентна топлина на топење на мраз.

Во процесот C до D, топлината се користи за да се покачи температурата на водата од 0 ^° C на 60 ^° C. Топлината се пресметува со помош на оваа равенка: Q = mc ΔT, каде што Q = топлина, m = маса на вода, c = специфична топлина на водата, ΔT = промена на температурата од 0 ^° C на 60 ^° C.

Топлината потребна од процесот C до D:

Q = mc ΔT = (50 грам)(1 кал/грам ^o C)(60 ^o C-0 ^o C) = (50)(1)(60) кал = 3000 кал

6. Ако масата на мразот е 1 kg, специфичната топлина на мразот е 2100 J/kg ^o C, латентната топлина на фузија за мразот е 336,000 J/kg, а специфичната топлина на водата е 4200 J/kg ^o C, тогаш одредете ја топлината потребна во процесот PQR.

Познато:

Маса на мраз = 1 кг

Латентна топлина на топење на мраз (L2F ₎ = 336,000 J/kg

Специфична топлина на мразот (c мраз) = 2,100 J/kg ^o C

Специфична топлина на водата (c вода) = 4,200 J/kg ^o C

Се бара: Потребна топлина во процесот PQR

Решение:

Во процесот од P до Q, топлината се користи за да се зголеми температурата на мразот од -5 ^° C на 0 ^° C. Топлината се пресметува со помош на оваа равенка: Q = mc ΔT, каде што Q = топлина , m = маса на мраз , c = специфична топлина на мраз, ΔT = промена на температурата од -5 ^° C до 0 ^° C.

Топлина потребна во процесот P до Q:

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

Во процесот од Q до R, топлината потребна за топење на целиот мраз во вода. Во овој процес, температурата останува непроменета. Топлината се пресметува со помош на оваа равенка: Q = m L _F , каде што Q = топлина , m = маса на мраз , L _F = латентна топлина на топење на мраз.

Топлина потребна во процесот Q до R:

Q = m L _F = (1) (336,000) = 336,000 џули

Вкупна топлина:

10,500 + 336,000 = 346,500 џули

1. Што е латентна топлина?
   • одговорЛатентната топлина е топлинската енергија потребна за промена на фазата на супстанцијата без промена на нејзината температура. Таа ја претставува енергијата потребна за раскинување или формирање на меѓумолекуларни врски за време на фазните промени.
2. Зошто температурата останува константна за време на фазната промена?
   • одговорЗа време на фазна промена, целата обезбедена или отстранета топлинска енергија се користи за промена на фазата на супстанцијата. Оваа енергија се користи за раскинување или формирање меѓумолекуларни врски, а не за зголемување на кинетичката енергија или температурата на супстанцијата.
3. Која е разликата помеѓу латентната топлина на фузија и латентната топлина на испарување?
   • одговорЛатентната топлина на фузија се однесува на топлинската енергија потребна за промена на супстанцијата од цврста во течна (или обратно) на нејзината точка на топење. Латентната топлина на испарување се однесува на топлинската енергија потребна за промена на супстанцијата од течна во гасовита (или обратно) на нејзината точка на вриење.
4. Зошто ни е студено кога излегуваме од базен во ветровит ден, дури и ако температурата на воздухот е топла?
   • одговорКако што водата испарува од нашата кожа, таа претрпува фазна промена од течност во пареа. Овој процес бара енергија, која се зема од нашата кожа во форма на топлина, што предизвикува нашата кожа да се чувствува поладна.
5. Зошто пареата на 100°C е поопасна од врелата вода на 100°C?
   • одговорПареата содржи повеќе енергија од врелата вода бидејќи ја апсорбирала латентната топлина на испарувањето за време на фазната промена од вода во пареа. Кога пареата се кондензира на кожата, таа ја ослободува оваа дополнителна енергија, предизвикувајќи потешки изгореници од врелата вода.
6. Како додавањето сол во мразот ја намалува неговата точка на топење?
   • одговорДодавањето сол ја нарушува рамнотежата помеѓу топењето и замрзнувањето на смесата од мраз и вода. Ова предизвикува повеќе мраз да се топи на пониска температура од вообичаеното, ефикасно намалувајќи ја точката на замрзнување на смесата.
7. Зошто потењето помага да се разлади телото во топол ден?
   • одговорПотта, кога испарува од кожата, претрпува фазна промена од течна во гасовита. Овој процес на испарување бара енергија, која се зема од кожата, со што се лади.
8. Што е сублимација во контекст на фазни промени?
   • одговорСублимацијата е директна промена на фазата од цврста во гасовита состојба без поминување низ течната фаза. Чест пример е сувиот мраз (цврст јаглерод диоксид) кој преминува директно во гасовит јаглерод диоксид.
9. Зошто е потребна топлинска енергија за топење на мразот иако температурата останува на 0°C?
   • одговорТоплинската енергија се користи за раскинување на меѓумолекуларните врски што го држат мразот во неговата цврста структура. Откако овие врски ќе се раскинат, мразот преминува во течна фаза, иако нема промена на температурата.
10. Како притисокот влијае на точката на вриење на течноста?

• одговорОпшто земено, зголемувањето на надворешниот притисок ја зголемува точката на вриење на течноста, додека намалувањето на притисокот ја намалува точката на вриење. Затоа водата врие на температури пониски од 100°C на големи надморски височини, каде што атмосферскиот притисок е помал.