1. Definizzjoni tal-prinċipju tal-Iswed
Jekk inħalltu ilma sħun u ilma kiesaħ f'kontenitur miftuħ (pereżempju barmil), is-sħana tiġi trasferita mill-ilma sħun għall-ilma kiesaħ. Minħabba li l-kontenitur ikun miftuħ, allura xi sħana tiċċaqlaq fl-arja. Il-kontenitur jisħon ukoll. Is-sħana rilaxxata mill-ilma sħun mhux biss tiġi assorbita mill-ilma kiesaħ, iżda tiġi assorbita wkoll mill-atmosfera u l-kontenituri. F'dan il-każ, il-barmil huwa sistema mhux iżolata. Meta nħalltu ilma sħun u kiesaħ f'termos magħluq, is-sħana tiġi trasferita mill-ilma sħun għall-ilma kiesaħ. It-termos huma sistemi iżolati, għalhekk l-ebda sħana ma tiċċaqlaq fl-arja jew fit-termos. L-ilma kiesaħ jassorbi biss is-sħana rilaxxata mill-ilma sħun sakemm it-taħlita ta' ilma sħun u ilma kiesaħ tilħaq l-ekwilibriju termali.
Il-Prinċipju l-Iswed jiddikjara li f'sistema magħluqa iżolata, is-sħana rilaxxata minn oġġett b'temperatura għolja = sħana assorbita minn oġġett b'temperatura baxxa.
2. Formula tal-prinċipju iswed
Rilaxx ta' Q = Assorbiment ta' Q
Rilaxx Q = sħana rilaxxata minn oġġetti b'temperatura għolja, Assorbiment Q = sħana assorbita minn oġġetti b'temperatura baxxa.
3. Eżempji ta’ mistoqsijiet u diskussjonijiet
Eżempju tal-problema 1.
Ħadid jaħraq b'massa ta' 1 kg u temperatura ta' 100 ° C jitqiegħed f'kontenitur li fih 2 kg ilma u temperatura ta' 20 ° C. X'inhi t-temperatura tat-taħlita finali? Is-sħana speċifika tal-ħadid = 450 J/kg C₂O₂ , is-sħana speċifika tal-ilma = 4200 J/kg C₂O₂.
Magħruf:
Massa tal-ħadid (m) = 1 kg
Temperatura tal-ħadid (T) = 100 ° C
Massa tal-ilma (m) = 2 kg
Temperatura tal-ilma (T) = 20 ° C
Sħana speċifika għall-ħadid (c) = 450 J/kg C o
Sħana speċifika għall-ilma (c) = 4200 J/kg C o
Meħtieġ: T?
Soluzzjoni:
Il-ħadid għandu temperatura ogħla mill-ilma u għalhekk il-ħadid jirrilaxxa s-sħana, l-ilma jassorbi s-sħana.
Rilaxx ta' Q = Assorbiment ta' Q
mc ΔT = mc ΔT
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 T + 450 T
213000 = 8850 T
T = 213000 : 8850
T = 24 ° C
It-temperatura finali tat-taħlita ta' ħadid jaħraq u ilma kiesaħ meta t-tnejn ikunu f'ekwilibriju termali hija ta' 24 ° C.
Eżempju tal-kwistjoni 2.
Massa ta' 0.2 kg ta' silġ imħallat ma' tè sħun b'massa ta' 0.2 kg. Temperatura tas- silġ = -10 ° C, temperatura tat-te sħun = 40 ° C. Is-sħana speċifika tas-silġ = 2100 J/kg C₂O₂ , is -sħana speċifika tal -ilma = 4200 J/kg C₂O₂ , is -sħana tal-fużjoni għall -ilma = 334000 J/kg. Is-silġ u t-te huma mħallta f'sistema iżolata u magħluqa.
Magħruf:
Massa tas-silġ (m) = 0.2 kg
Massa tat-te (m) = 0.2 kg
Sħana speċifika tal-ilma (c) = 4180 J/kg C o
Sħana speċifika tas-silġ (c) = 2100 J/kg C o
Sħana tal-fużjoni għall-ilma (L F ) = 334 x 10 3 J/kg
Temperatura tas-silġ (T silġ ) = -10 ° C
Temperatura tat-te (T tea ) = 40 ° C
Meħtieġa: Taħlita T
Soluzzjoni:
L-ewwel pass, stima l-istat finali
Is-sħana li trid tiġi rilaxxata mill-ilma biex tnaqqas it-temperatura ta' 0.2 kg ta' tè sħun, minn 40°C għal 0°C
Rilaxx Q = mc ∆T
Rilaxx Q = (0.2 kg) (4180 J/Kg C o ) (40 ° C – 0 ° C)
Rilaxx Q = (0.2 kg) (4180 J/Kg C o ) (40 ° C)
Rilaxx Q = 33,440 Joule
Rilaxx ta' Q = 33.44 kJ
Is-sħana tiġi assorbita minn 0.2 kg ta’ silġ biex tiżdied it-temperatura minn -10 ° C għal 0 ° C
Q assorbita = mc ∆T
Q assorbita = (0.2 kg) (2100 J/Kg C o ) (0 ° C – (-10 ° C))
Q assorbit = (0.2 kg) (2100 J/Kg C o ) (10 ° C)
Q assorbit = 4,200 Joule
Q assorbit = 4.2 kJ
Is-sħana assorbita biex iddub 0.2 kg ta' silġ (sħana meħtieġa biex iddub is-silġ kollu f'ilma)
Q fużjoni = m L F
Q fużjoni = (0.2 kg) (334 x 10 3 J/kg)
Q fużjoni = 66.8 x 10³ Joule
Fużjoni Q = 66.8 kJ
Abbażi tal-kalkoli ta' hawn fuq, ir-riżultati:
Rilaxx ta' Q = 33.44 kJ
Q assorbi = 4.2 kJ
Fużjoni Q = 66.8 kJ
Meta t-te jirrilaxxa sħana sa 33.44 kJ, it-temperatura tat-te tinbidel minn 40 ° C għal 0 ° C. Ftit mis-sħana rilaxxata (madwar 4.2 kJ) tintuża biex tgħolli t-temperatura tas-silġ minn -10 ° C għal 0 ° C. 33.44 kJ – 4.2 kJ = 29.24 kJ. Is-sħana li jifdal = 29.24 kJ. Biex is-silġ kollu jdub f'ilma teħtieġ sħana ta' 66.8 kJ. Is-sħana li jifdal hija biss 29.24 kJ.
Bħala konklużjoni, is-sħana li toħroġ it-te sħun tintuża biss biex tgħolli t-temperatura tas-silġ minn -10 ° C għal 0 ° C u ddub ftit mis-silġ. Xi silġ idub u sar ilma; oħrajn le. Matul il-proċess li biddlu solidu f'likwidu, it-temperatura ma tinbidilx. Għalhekk, it-temperatura tat-taħlita finali hija 0 ° C.
Eżempju tal-problema 3.
massa tat-te sħun (m) = 0.4 kg,
massa tas-silġ (m)= 0.2 kg,
temperatura tas-silġ = -10 ° C
temperatura tat-te sħun = 90 ° C.
Jekk it-tnejn jitħalltu, x'inhi t-temperatura tat-taħlita finali?
Is-sħana speċifika għall-ilma (c) = 4180 J/kg C o ,
Is-sħana speċifika għas-silġ (c) = 2100 J/kg C o ,
Sħana tal-fużjoni għall-ilma (L F ) = 334 x 103 J/kg
Soluzzjoni:
L-ewwel pass: Stima l-istat finali
Is-sħana li trid tiġi rilaxxata mill-ilma biex tnaqqas it-temperatura ta' 0.4 kg ta' tè sħun, minn 90 ° C għal 0 ° C
Rilaxx Q = mc ∆T
Rilaxx Q = (0.4 kg) (4180 J/Kg C o ) (90 ° C – 0 ° C)
Rilaxx Q = (0.4 kg) (4180 J/Kg C o ) (90 ° C)
Rilaxx Q = 150,480 Joule
Rilaxx ta' Q = 150.48 kJ
Is-sħana tiġi assorbita minn 0.2 kg ta’ silġ biex tiżdied it-temperatura tiegħu minn -10 ° C għal 0 ° C
Q assorbita = mc ∆T
Q assorbita = (0.2 kg) (2100 J/Kg C o ) (0 ° C – (-10 ° C))
Q assorbit = (0.2 kg) (2100 J/Kg C o ) (10 ° C)
Q assorbit = 4,200 Joule
Q assorbit = 4.2 kJ
Is-sħana meħtieġa biex iddub 0.2 kg ta' silġ (sħana meħtieġa biex is-silġ kollu jinbidel f'ilma)
Q fużjoni = m L F
Fużjoni Q = (0.2 kg) (334 x 10 3 J/Kg)
Q fużjoni = 66.8 x 10³ Joule
Fużjoni Q = 66.8 kJ
Abbażi tal-kalkoli ta' hawn fuq, ir-riżultati:
Rilaxx ta' Q = 150.48 kJ
Q assorbit = 4.2 kJ
Fużjoni Q = 66.8 kJ
Meta t-te sħun ħareġ 150.48 kJ ta’ sħana, it-temperatura tat-te sħun inbidlet minn 90 ° C għal 0 ° C. Ftit mis-sħana li ħarġet (madwar 4.2 kJ) intużat biex tgħolli t-temperatura tas-silġ minn -10 ° C għal 0 ° C.
150.48 kJ – 4.2 kJ = 146.28 kJ. Is-sħana li jifdal = 146.28 kJ.
Is-sħana meħtieġa biex iddub is-silġ kollu f'ilma hija biss 66.8 kJ. 146.28 kJ – 66.8 kJ = 79.48 kJ. Irriżulta li l-eċċess kien ta' 79.48 kJ. It-te sħun ma jirrilaxxax is-sħana kollha sakemm it-temperatura titnaqqas għal 0 ° C. Konklużjoni: it-temperatura tat-taħlita finali trid tkun akbar minn 0 ° C.
Pass Tnejn: Iddetermina t-temperatura finali (T)
Is-sħana meħtieġa biex tiżdied it-temperatura tas-silġ minn -10 ° C għal 0 ° C = 4200 Joules
Is-sħana kellha ddub is-silġ kollu f'ilma, magħrufa wkoll bħala sħana latenti = 66,800 Joules
Is-sħana kellha żżid it-temperatura tal-ilma (ilma mill-fużjoni tas-silġ kollu) minn 0 ° C għal T = (massa tas-silġ) (sħana tal-ilma) (T – 0 ° C) = (0.2 kg) (4180 J/kg C₂O ) (T) = (836 T) J/ C₂O
Is-sħana rilaxxata minn tè sħun biex tnaqqas it-temperatura minn 90 ° C għal T = (massa ta' ilma sħun) (tip ta' sħana tal-ilma) (90 ° C – T) = (0.4 kg) (4180 J/kg C o ) (90 ° C – T) = 1672 J/C o (90 ° C – T) = 150,480 J – (1672 T) J/C o
4200 J + 66,800 J + (836 T) J/C₂o = 150,480 J – (1672 T) J/ C₂o
71,000 J + (836 T) J/C₂o = 150,480 J – (1672 T) J/ C₂o
(836 T) J/C₂o + (1672 T) J/C₂o = 150,480 J – 71,000 J
(2508 T) J/C o = 79,480 J
T = 31.7 ° C
Temperatura finali = 31.7 ° C
