കറുത്ത തത്വങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കൽ
തുറന്ന പാത്രത്തിൽ (ഉദാഹരണത്തിന് ഒരു ബക്കറ്റ്) ചൂടുവെള്ളവും തണുത്ത വെള്ളവും കലർത്തുകയാണെങ്കിൽ, ചൂടുവെള്ളത്തിൽ നിന്ന് തണുത്ത വെള്ളത്തിലേക്ക് താപ കൈമാറ്റം സംഭവിക്കുന്നു. പാത്രം തുറന്നിരിക്കുന്നതിനാൽ, കുറച്ച് താപം ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടും. ചൂട് വായുവിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു. കണ്ടെയ്നർ കൂടുതൽ ചൂടാകുന്നു. ചൂടുവെള്ളം പുറത്തുവിടുന്ന താപം തണുത്ത വെള്ളം മാത്രമല്ല, വായുവും പാത്രവും കൂടി ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ബക്കറ്റ് ഒരു ഒറ്റപ്പെടാത്ത സംവിധാനമാണ്.
അടച്ചിട്ട തെർമോസിൽ ചൂടുവെള്ളവും തണുത്ത വെള്ളവും കലർത്തിയാൽ, ഇത് സംഭവിക്കുന്നു. താപ കൈമാറ്റം ചൂടുവെള്ളത്തിൽ നിന്ന് തണുത്ത വെള്ളത്തിലേക്ക്. ഒരു തെർമോസ് എന്നാൽ ഒറ്റപ്പെട്ട സംവിധാനം അതുകൊണ്ട് തന്നെ വായുവിലേക്കോ തെർമോസിലേക്കോ താപം കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നില്ല. ചൂടുവെള്ളം പുറത്തുവിടുന്ന താപം തണുത്ത വെള്ളം ഒരു നിശ്ചിത താപനിലയിൽ എത്തുന്നതുവരെ മാത്രമേ ആഗിരണം ചെയ്യുകയുള്ളൂ. താപ സന്തുലിതാവസ്ഥ.
കറുത്ത തത്വം ഒരു ഒറ്റപ്പെട്ട അടച്ച സിസ്റ്റത്തിൽ, ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തു പുറത്തുവിടുന്ന താപം = താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തു ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന താപം എന്ന് പ്രസ്താവിക്കുന്നു.
കറുപ്പിന്റെ അടിസ്ഥാന സൂത്രവാക്യം
Qഓഫ് =ക്യുആഗിരണം ചെയ്യുക
വിവരണം: ചോദ്യംഓഫ് = ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തു പുറത്തുവിടുന്ന താപം, Qആഗിരണം ചെയ്യുക = താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള വസ്തുക്കൾ ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന താപം.
ബ്ലാക്ക് തത്വ ഉദാഹരണ ചോദ്യങ്ങൾ
1. 1 കിലോഗ്രാം ഭാരവും 100 ഡിഗ്രി താപനിലയുമുള്ള ഒരു ചൂടുള്ള ഇരുമ്പ് കഷണം o2 കിലോഗ്രാം ഭാരവും 20 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് താപനിലയുമുള്ള വെള്ളം അടങ്ങിയ ഒരു പാത്രത്തിലേക്ക് സി ഇടുന്നു. oC. മിശ്രിതത്തിന്റെ അന്തിമ താപനില എന്താണ്? ഇരുമ്പിന്റെ പ്രത്യേക താപം = 450 J/kg Co, ജലത്തിന്റെ പ്രത്യേക താപം = 4200 J/kg Co.
ചർച്ച :
അറിയപ്പെടുന്നത് :
m ഇരുമ്പ് = 1 കിലോ, ടിബെസി = 100 oസി, എം വെള്ളം = 2 കി.ഗ്രാം, ടിഎയർ = 20 oസി, സി ഇരുമ്പ് = 450 ജെ/കിലോ സിo, c വെള്ളം = 4200 J/kg Co.
ചോദിച്ചു :
ടി മിക്സ്?
ജവാബ് :
ഇരുമ്പിന് വെള്ളത്തേക്കാൾ ഉയർന്ന താപനിലയുണ്ട്, അതിനാൽ ഇരുമ്പ് താപം പുറത്തുവിടുന്നു, വെള്ളം താപം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു.
(എം)(സി)(ഡെൽറ്റ ടി) = (എം)(സി)(ഡെൽറ്റ ടി)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 ടി + 450 ടി
213000 = 8850 ടി.
ടി = 213000 : 8850
ടി = 24 oC
സുഹു ചൂടുള്ള ഇരുമ്പും തണുത്ത വെള്ളവും താപ സന്തുലിതാവസ്ഥയിലായിരിക്കുമ്പോൾ മിശ്രിതത്തിന്റെ അന്തിമ താപനില 24 ആണ്. oC.
2. 2015/2016 SMA/MA ഫിസിക്സ് ദേശീയ പരീക്ഷാ ചോദ്യം നമ്പർ 20
0 താപനിലയിൽ 75 ഗ്രാം വെള്ളം വരെoC 50 ഗ്രാം വെള്ളത്തിൽ കലർത്തിയാൽ മിശ്രിതത്തിന്റെ താപനില 40 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് ആയിരിക്കും.oC, അപ്പോൾ 50 ഗ്രാം വെള്ളത്തിന്റെ പ്രാരംഭ താപനില...
A. 125oC
B. 120oC
C. 110oC
D. 100oC
ഇ. 80oC
ചർച്ച
ഇത് അറിയപ്പെടുന്നത്:
ജലത്തിന്റെ പിണ്ഡം 1 (മീ.1) = 75 ഗ്രാം
പ്രാരംഭ ജല താപനില 1 (T1) = 0oC
ജലത്തിന്റെ പിണ്ഡം 2 (മീ.2) = 50 ഗ്രാം
മിശ്രിതത്തിന്റെ അന്തിമ താപനില (T) = 40oC
പിണ്ഡത്തിന്റെ യൂണിറ്റുകൾ ഒന്നുതന്നെയായതിനാൽ പരിവർത്തനം ആവശ്യമില്ല.
ചോദിച്ചു: പ്രാരംഭ ജല താപനില 2 (T2)
ഉത്തരം :
കറുത്ത തത്വം ഒരു ഒറ്റപ്പെട്ട അടച്ച വ്യവസ്ഥയിൽ, ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തു പുറത്തുവിടുന്ന താപം താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തു ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന താപത്തിന് തുല്യമാണെന്ന് പ്രസ്താവിക്കുന്നു.
Qഓഫ് =ക്യുആഗിരണം ചെയ്യുക
m1 സി (ΔT1) = മീ2 c (ΔT2)
വെള്ളത്തിന്റെ പ്രത്യേക താപം ഒന്നുതന്നെയാണ്, അതിനാൽ c സമവാക്യത്തിൽ നിന്ന് ഒഴിവാക്കി.
m1 (ΔT1) = മീ2 (ΔT2)
(75)(40 – 0) = (50)(ടി2 - 40)
(75)(40) = (50)(ടി2 - 40)
3000 = 50 ടി.2 - 2000
3000 + 2000 = 50 ടി.2
5000 = 50 ടി.2
T2 = 100
ശരിയായ ഉത്തരം D ആണ്.
3. 2015/2016 എസ്എംഎ/എംഎ ഫിസിക്സ് ദേശീയ പരീക്ഷാ ചോദ്യം നമ്പർ 20
200 ഗ്രാം ഭാരമുള്ള ഒരു ലോഹം 120 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിലേക്ക് ചൂടാക്കുന്നു.oപിന്നീട് C 30 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് താപനിലയിൽ 100 ഗ്രാം വെള്ളത്തിൽ ഇടുന്നു.oC. മിശ്രിതം സന്തുലിതമാക്കിയ ശേഷം, താപനില 60 ആയി മാറുന്നുoC. വെള്ളത്തിന്റെ പ്രത്യേക താപം 4200 J.kg ആണെങ്കിൽ-1 ഒC-1, അപ്പോൾ ലോഹത്തിന്റെ പ്രത്യേക താപം …. ആണ്.
എ. 10,5 ജെ. കിലോഗ്രാം-1oC-1
ബി. 105 ജെ. കിലോഗ്രാം-1oC-1
സി. 150 ജെ. കിലോഗ്രാം-1oC-1
ഡി. 1050 ജെ. കിലോഗ്രാം-1oC-1
ഇ. 1500 ജെ. കിലോഗ്രാം-1oC-1
ചർച്ച
പിണ്ഡ യൂണിറ്റുകളെ ഗ്രാമിൽ നിന്ന് കിലോഗ്രാമിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുക (അന്താരാഷ്ട്ര യൂണിറ്റ് സിസ്റ്റം)
ഇത് അറിയപ്പെടുന്നത്:
ലോഹത്തിന്റെ പിണ്ഡം (മീ.)1) = 200 ഗ്രാം = 0,2 കി.ഗ്രാം
ലോഹ താപനില (T1) = 120oC
ജലത്തിന്റെ പിണ്ഡം (മീ.2) = 100 ഗ്രാം = 0,1 കി.ഗ്രാം
ജലത്തിന്റെ താപനില (T2) = 30oC
മിശ്രിതത്തിന്റെ അന്തിമ താപനില (T) = 60oC
ജലത്തിന്റെ പ്രത്യേക താപം (c2) = 4200 ജ.കിലോ-1 ഒC-1
ചോദിച്ചു: ലോഹത്തിന്റെ പ്രത്യേക താപം (c1)
ഉത്തരം :
Qഓഫ് =ക്യുആഗിരണം ചെയ്യുക
m1 c1 (ΔT1) = മീ2 c2 (ΔT2)
(0,2)(സി1)(120 – 60) = (0,1)(4200)(60 – 30)
(0,2)(സി1)(60) = (0,1)(4200)(30)
12 സി1 = 12600
c1 = 12600/12
c1 = 1050
ശരിയായ ഉത്തരം D ആണ്.
4. സീനിയർ ഹൈസ്കൂൾ/വൊക്കേഷണൽ ഹൈസ്കൂളിനുള്ള 2018 ലെ ദേശീയ പരീക്ഷാ ചോദ്യങ്ങൾ
തിളച്ച വെള്ളം (100oസി) 35 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് താപനിലയിൽ 400 മില്ലി വെള്ളം അടങ്ങിയ ഒരു പാത്രത്തിലേക്ക് 250 മില്ലി ഒഴിക്കുന്നു.oC. താപ സന്തുലിതാവസ്ഥ സംഭവിച്ചതിനുശേഷം, മിശ്രിതത്തിന്റെ താപനില… (ജലത്തിന്റെ പ്രത്യേക താപം 1,0 കലോറി. ഗ്രാം-1.oC-1)
ചർച്ച
ഇത് അറിയപ്പെടുന്നു:
ചൂടുവെള്ളത്തിന്റെ താപനില = 100 oC
ചൂടുവെള്ളത്തിന്റെ അളവ് = 250 മില്ലി = 0,25 ലിറ്റർ = 0,25 ഡിഎം3 = (0,25)(1000 സെ.മീ3) = 250 സെ.മീ3
തണുത്ത വെള്ളത്തിന്റെ താപനില = 35 oC
തണുത്ത വെള്ളത്തിന്റെ അളവ് = 400 മില്ലി = 0,4 ലിറ്റർ = 0,4 ഡിഎം3 = (0,4)(1000 സെ.മീ3) = 400 സെ.മീ3
വെള്ളത്തിന്റെ പ്രത്യേക താപം = 1,0 കലോറി.ഗ്രാം-1.oC-1
ജലത്തിന്റെ സാന്ദ്രത = 1 ഗ്രാം/സെ.മീ.3
ചോദിച്ചു: മിശ്രിത താപനില
ഉത്തരം:
സാന്ദ്രത സൂത്രവാക്യം ഉപയോഗിച്ച് ചൂടുള്ളതും തണുത്തതുമായ വെള്ളത്തിന്റെ പിണ്ഡം കണക്കാക്കുക:
m = ρ വി
m = പിണ്ഡം, ρ = സാന്ദ്രത, V = വ്യാപ്തം
ചൂടുവെള്ളത്തിന്റെ പിണ്ഡം: m = ρ V = (1 ഗ്രാം/സെ.മീ.3)(250 സെ.മീ3) = 250 ഗ്രാം
തണുത്ത വെള്ളത്തിന്റെ പിണ്ഡം: m = ρ V = (1 ഗ്രാം/സെ.മീ.3)(400 സെ.മീ3) = 400 ഗ്രാം
ബ്ലാക്ക്സ് പ്രിൻസിപ്പൽ ഫോർമുല ഉപയോഗിച്ച് മിശ്രിതത്തിന്റെ താപനില കണക്കാക്കുക:
തണുത്ത വെള്ളം ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന താപം = ചൂടുവെള്ളം പുറത്തുവിടുന്ന താപം
mc Δടി = എംസി ΔT
വിശിഷ്ട താപം ഒന്നുതന്നെയായതിനാൽ അത് സമവാക്യത്തിൽ നിന്ന് ഒഴിവാക്കപ്പെടുന്നു.
m Δടി = മീ ΔT
(400)(ടി-35) = (250)(100-ടി)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650 റ്റി = 39000
ടി = 39000 / 650
ടി = 60 oC
