15 voorbeelden van vragen gebaseerd op het principe van Black
1. 0,2 kg ijs wordt gemengd met 0,2 kg warme thee. De temperatuur van het ijs = –10oC, temperatuur van de warme thee = 40oC. Soortelijke warmte van ijs = 2100 J/kg CoDe soortelijke warmte van water bedraagt 4200 J/kg°C.oDe smeltwarmte van water is 334.000 J/kg. Als ijs en hete thee in een afgesloten systeem worden gemengd, bepaal dan de uiteindelijke temperatuur van het mengsel.
Discussie
Het is bekend :
Massa ijs (m es) = 0,2 kg
Massa warm theewater (m thee) = 0,2 kg
Soortelijke warmte van water (c water) = 4180 J/kg °Co
Soortelijke warmte van ijs (c es) = 2100 J/kg Co
smeltwarmte van water (L)f water) = 334.000 J/kg
IJstemperatuur (Tes) = -10oC
Temperatuur van het warme theewater (T tea) = 40oC
gevraagd : eindtemperatuur van het mengsel (Tmengsel) ?
Antwoorden :
De eerste stap is het inschatten van de eindtoestand.
De warmte die water moet afgeven om de temperatuur van 0,2 kg warme thee te verlagen van 40 °C.oC tot 0oC:
De warmte die 0,2 kg ijs absorbeert om de temperatuur ervan te verhogen van -10oC tot 0oC:
Warmte die nodig is om 0,2 kg ijs te smelten (warmte die nodig is om al het ijs in water om te zetten):
Op basis van bovenstaande berekeningen werden de volgende resultaten verkregen:
Q vrijgegeven = 33,444 kJ
Q ontvangen = 4,2 kJ
Q smeltpunt = 66,8 kJ
Wanneer hete thee 33,44 kJ aan warmte afgeeft, verandert de temperatuur van de thee van 40°C naar 0°C. Een deel van de vrijgekomen warmte (ongeveer 4,2 kJ) wordt gebruikt om de temperatuur van het ijs te verhogen van -10°C naar 0°C. oC tot 0oC. 33,44 kJ – 4,2 kJ = 29,24 kJ. Om al het ijs in water te smelten is 66,8 kJ warmte nodig. De resterende warmte is 29,24 kJ.
Hieruit kan worden geconcludeerd dat de warmte die vrijkomt bij warme thee alleen wordt gebruikt om de temperatuur van het ijs te verhogen van -10°C. oC tot 0oC en smelt een deel van het ijs. Een deel van het ijs is in water veranderd, een ander deel niet. Tijdens het proces van vaste stof naar vloeistof verandert de temperatuur niet. Daarom is de uiteindelijke temperatuur van het mengsel 0oC.
2. Massa hete thee = 0,4 kg, massa ijs = 0,2 kg, temperatuur ijsblokjes = -10oC, temperatuur van de hete thee = 90oC. Als beide stoffen gemengd worden, wat is dan de uiteindelijke temperatuur van het mengsel?
Discussie
Eerste stap: schat de eindtoestand in.
De warmte die water moet afgeven om de temperatuur van 0,4 kg heet theewater te verlagen van 90°C.oC tot 0oC:
De warmte die 0,2 kg ijs ontvangt om de temperatuur ervan te verhogen van -10°C.oC tot 0oC:
De warmte die nodig is om 0,2 kg ijs te smelten (de warmte die nodig is om al het ijs in water om te zetten):
Op basis van bovenstaande berekeningen werden de volgende resultaten verkregen:
Q vrijgegeven = 150,48 kJ
Q ontvangen = 4,2 kJ
Q smeltpunt = 66,8 kJ
Wanneer hete thee 150,48 kJ warmte afgeeft, verandert de temperatuur van de thee van 90 °C naar 0 °C. Een deel van de vrijgekomen warmte (4,2 J) wordt gebruikt om de temperatuur van het ijs te verhogen van -10 °C naar 0 °C. 150,48 kJ – 4,8 kJ = 146,28 kJ. De resterende warmte = 146,28 kJ.
De warmte die nodig is om al het ijs in water te laten smelten is slechts 66,8 kJ. 146,28 kJ – 66,8 kJ = 79,48 kJ. Hete thee hoeft niet al zijn warmte af te geven totdat de temperatuur tot 0 is gedaald.oC. Kortom, de uiteindelijke temperatuur van het mengsel moet hoger zijn dan 0.oC.
Tweede stap: bepaal de eindtemperatuur (T).
De warmte die nodig is om de temperatuur van ijs te verhogen van -10°C naar -10°C.oC tot 0oC is 4200 J.
De warmte die nodig is om al het ijs in water te laten smelten (latente warmte) = 66.800 J
De warmte die nodig is om de temperatuur van water (water dat ontstaat door het smelten van al het ijs) te verhogen van 0oC naar ToC = (massa ijs)(soortelijke warmte van water)(T – 0) = (0,2)(4180)(T) = 836 T
De warmte die vrijkomt bij het verwarmen van thee om de temperatuur te verlagen van 90°C naar T = (dichtheid van water)(90-T) = (0,4)(4180)(90 – T) = 1672 (90-T) = 150.480 – 1672 T

3. 60 gram water bij een temperatuur van 90oC (soortelijke warmte van water = 1 cal.g)-1.oC-1) gemengd met 40 gram soortgelijk water bij een temperatuur van 25oC. Als er geen andere factoren van invloed zijn op dit proces, dan is de uiteindelijke temperatuur van het mengsel…
Een 15,4 oC
B. 23,0 oC
C. 46,0 oC
D. 64,0 oC
E. 77,0 oC
Discussie
Het is bekend :
Massa water 1 (m1) = 60 gram
Watertemperatuur 1 (T1) = 90oC
Massa water 2 (m2) = 40 gram
Watertemperatuur 2 (T2) = 25oC
Soortelijke warmte water (c) = 1 cal.g-1.oC-1
gevraagd : suhu eindmix
Antwoorden :
Warmte die vrijkomt bij hoge temperatuur (Q vrijgekomen) = warmte die wordt opgenomen door lage temperatuur water (Q opgenomen)
m1 c (ΔT) = m2 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 = 64oC
Het juiste antwoord is D.
4. Een stuk aluminium heeft een massa van 500 gram en een temperatuur van 30 °C. oC wordt in een vat met water geplaatst, met een massa van 200 gram en een temperatuur van 90. oC. Als de soortelijke warmte van aluminium bekend is en 0,22 cal/g C bedraagt.o en de soortelijke warmte van water is 1 cal/g°CoDe uiteindelijke temperatuur van het water en het aluminium is dan...
Een 20,3 oC
B. 42,2 oC
C. 68,7 oC
D. 80,5 oC
E. 100 oC
Discussie:
De massa-eenheid gram (g) hoeft niet te worden omgerekend naar kilogram (kg), omdat de soortelijke warmte van aluminium en de soortelijke warmte van water worden uitgedrukt in cal/g°C.o.
Het is bekend :
m aluminium = 500 gram
c aluminium = 0,22 cal/gCo
T aluminium = 30 oC
m water = 200 gram
c water = 1 cal/gCo
T water = 90 oC
gevraagd :
Wat is de eindtemperatuur (T) van water en aluminium?
Antwoorden :
Warmteformule : Q = (m)(c)(delta T)
Q water = = (200 gram)(1 cal/gCo)(90 oC – T)
Q aluminium = (500 gram)(0,22 cal/gCo)(T– 30 oC)
De basisformule van Black :Q lepas = Q absorberen
Water heeft een hogere begintemperatuur (90°C). oC) zodat water warmte afgeeft, heeft aluminium een lagere begintemperatuur (30 oC) zodat het aluminium warmte absorbeert. De eindtemperatuur van het mengsel van water en aluminium moet lager zijn dan de begintemperatuur van het water en hoger dan de begintemperatuur van het aluminium.
(200 gram)(1 cal/gCo)(90 oC – T) = (500 gram)(0,22 cal/g Co)(T– 30 oC)
(200)(1)(90-T) = (500)(0,22)(T-30)
(200)(90-T) = (110)(T-30)
18000 – 200 T = 110 T – 3300
18000 + 3300 = 110 T + 200 T
21300 = 310 T
T = 68,7 oC
De uiteindelijke temperatuur van de combinatie van water en aluminium is 68,7 °C. oC.
Het juiste antwoord is C.
5. Een stuk metaal met een massa van 300 gram bij een temperatuur van 80 oC ondergedompeld in 200 gram water bij 40 oC. Soortelijke warmte van water = 1 cal/g CoAls de uiteindelijke temperatuur van het mengsel van metaal en water 50 is...o Als C en de container geen warmte absorbeert, dan is de soortelijke warmte van het metaal...
A. 0,15 cal/g Co
B. 0,22 cal/g Co
C. 1,50 cal/g Co
D. 4,8 cal/g Co
E. 7,2 cal/g Co
Discussie:
Het is bekend :
m metaal = 300 gram
T metaal = 80 oC
m water = 200 gram
T water = 40 oC
c water = 1 cal/g Co
T eindmengsel van metaal en water = 50 oC
gevraagd :
c metaal?
Antwoorden :
Q metaal = (m)(c)(delta T) = (300 gram)(c metaal)(80oC - 50oC) = (300 gram)(c metaal)(30 Co)
Q water = (m)(c)(delta T) = (200 gram)(1 cal/g C)o)(60oC - 50oC) = (200 gram)(1 cal/g Co)(10 Co)
De basisformule van Black :Q lepas = Q absorberen
Het metaal heeft een hogere begintemperatuur (80°C). oC) zodat het metaal warmte afgeeft, heeft het water een lagere begintemperatuur (40 oC) zodat het water warmte absorbeert.
(300 gram)(c metaal)(30 Co) = (200 gram)(1 cal/g Co)(10 Co)
(300)(c)(30) = (200)(1)(10)
9000 c = 2000
c = 2000 / 9000
c = 0,22 cal/g Co
De soortelijke warmte van metaal is 0,22 cal/g°C.o.
Het juiste antwoord is B.
6. Twee identieke ballen hebben dezelfde temperatuur van 40 oC. De twee ballen hebben respectievelijk een massa van 10 gram en 40 gram. Beide ballen worden in een vloeistof geplaatst, waardoor de temperatuur van beide ballen stijgt tot 60 °C.oC. Als de soortelijke warmte van de bal 2 cal/gr C iso En aangezien 1 calorie gelijk is aan 4,2 joule, is het verschil in warmte die door elke bal wordt geabsorbeerd...
A. 5,04 x 103 Joule
B. 7,50 x 103 Joule
C. 10,6 x 103 Joule
D. 40 x 103 Joule
E. 42 x 103 Joule
Discussie:
Het is bekend :
m1 = 10 gram
m2 = 40 gram
T1 = T2 = 40 oC
T Akhir = 60 oC
c bal = 2 cal/gr Co
gevraagd :
Wat is het verschil in warmte die door elke bal wordt geabsorbeerd?
Antwoorden :
De temperatuur van beide ballen stijgt omdat beide ballen warmte moeten absorberen.
Q1 = (10 gr)(2 cal/gr Co)(60oC-40oC) = (10 gr)(2 cal/gr Co)(20 Co) = 400 cal = (400)(4,2 J) = 1680 Joule
Q2 = (40 gr)(2 cal/gr Co)(60oC-40oC) = (40 gr)(2 cal/gr Co)(20 Co) = 1600 cal = (1600)(4,2 J) = 6720 Joule
Het verschil in warmteabsorptie door elke bal:
6720 J – 1680 J = 5040 J = 5,04 x 103 J
Het juiste antwoord is A.
7. 200 gram water met een temperatuur van 30 °C wordt gemengd met 100 gram kokend water met een temperatuur van 90 °C. (Soortelijke warmte van water = 1 cal/gram)-1° C-1De temperatuur van het gemengde water op het moment van thermisch evenwicht is….
A. 10°C
B. 30°C
C. 50°C
D. 75°C
E. 150°C
Discussie
Het is bekend :
Massa water 1 (m1) = 200 gram
Watertemperatuur 1 (T1) = 30oC
Massa water 2 (m2) = 100 gram
Watertemperatuur 2 (T2) = 90oC
Soortelijke warmte van water (c) = 1 cal.gram-1° C-1
gevraagd : eindtemperatuur van het mengsel
Antwoorden :
Warmte die vrijkomt bij hoge temperatuur (Q vrijgekomen) = warmte die wordt opgenomen door lage temperatuur water (Q opgenomen)

Het juiste antwoord is C.
8. Demaar liefst 60 gram bij een temperatuur van 90oC (soortelijke warmte van water = 1 cal.g)-1.oC-1) gemengd met 40 gram soortgelijk water bij een temperatuur van 25oC. Als er geen andere factoren van invloed zijn op dit proces, dan is de uiteindelijke temperatuur van het mengsel…
Een 15,4 oC
B. 23,0 oC
C. 46,0 oC
D. 64,0 oC
E. 77,0 oC
Discussie
Het is bekend :
Massa water 1 (m1) = 60 gram
Watertemperatuur 1 (T1) = 90oC
Massa water 2 (m2) = 40 gram
Watertemperatuur 2 (T2) = 25oC
Soortelijke warmte van water (c) = 1 cal.g-1.oC-1
gevraagd : eindtemperatuur van het mengsel
Antwoorden :
Warmte die vrijkomt bij hoge temperatuur (Q vrijgekomen) = warmte die wordt opgenomen door lage temperatuur water (Q opgenomen)

Het juiste antwoord is D.
9. IJs met een massa van M gram bij een temperatuur van 0oC, geplaatst in water met een gewicht van 340 gram bij een temperatuur van 20oC wordt in een speciaal vat geplaatst. Neem aan dat het vat geen warmte absorbeert/afgeeft. Als Les = 80 cal g-1, Clucht = 1 cal g-1 oC-1al het ijs smelt en er wordt thermisch evenwicht bereikt bij een temperatuur van 5oC, dan is de massa ijs (M)...
A. 60 gram
B. 68 gram
Ca. 75 gram
D. 80 gram
E. 170 gram
Discussie
Het is bekend :
Massa water (m) = 340 gram
IJstemperatuur (Tes) = 0oC
Watertemperatuur (Tlucht) = 20oC
Thermische evenwichtstemperatuur (T) = 5oC
smeltwarmte van ijs (Les) = 80 cal g-1
Soortelijke warmte van water (clucht) = 1 cal g-1 oC-1
gevraagd : Massa ijs (M)
Antwoorden :
Zwart Principe Deze stelling stelt dat in een geïsoleerd, gesloten systeem de warmte die door een object met een hoge temperatuur wordt afgegeven gelijk is aan de warmte die door een object met een lage temperatuur wordt geabsorbeerd.
Warmte afgegeven door water (Q afgegeven) = warmte opgenomen door ijs (Q opgenomen)

Het juiste antwoord is A.
Let op:
Als er wordt gesteld dat ijs een temperatuur van 0 heeft...o Als er staat dat de watertemperatuur 0 is, dan bevindt het water zich nog in vaste vorm.oC dan is het water in vloeibare vorm. Onderscheid het gebruik van de woorden ijs en water. Omdat het water nog in vaste of ijsvorm is, wordt de geabsorbeerde warmte eerst gebruikt om al het ijs te smelten tot water. Daarom wordt aan de rechterkant van de bovenstaande vergelijking een formule toegevoegd om de hoeveelheid warmte te berekenen die nodig is om het ijs te smelten (m).es LesNadat al het ijs is gesmolten tot water, wordt extra warmte gebruikt om de temperatuur van het ijs te verhogen van 0oC wordt 5oC.
10. Kopermetaal bij een temperatuur van 100oC wordt in water geplaatst met een massa van 128 gram en een temperatuur van 30 oC. Soortelijke warmte van water 1 cal.g-1oC-1 en de soortelijke warmte van koper is 0,1 cal.g.-1oC-1Als thermisch evenwicht optreedt bij een temperatuur van 36 oC, dan is de massa van het metaal...
A. 140 gram
B. 120 gram
Ca. 100 gram
D. 80 gram
E. 75 gram
Discussie
Het is bekend dat:
Kopertemperatuur (T1) = 100 oC
Soortelijke warmte van koper (c1) = 0,1 cal.g-1oC-1
Watermassa (m³)2) = 128 gram
Watertemperatuur (T2) = 30 oC
Soortelijke warmte van water (c2) = 1 cal.g-1oC-1
Thermische evenwichtstemperatuur (T) = 36 oC
Gevraagd: Massa koper (m1)
Antwoord :
Het principe van Black stelt dat de warmte die een object met een hoge temperatuur afgeeft gelijk is aan de warmte die een object met een lage temperatuur opneemt.

Het juiste antwoord is B.
11. Drie kilogram zwarte loden staaf met een soortelijke warmte van 1400 J/kg.-1C-1 temperatuur 80oC is ondergedompeld in 10 kg water met een soortelijke warmte van 4200 J.kg.-1C-1Nadat het thermisch evenwicht is bereikt, is de uiteindelijke temperatuur van het mengsel 20.oC. De begintemperatuur van het water is….
Een 20 oC
B. 18 oC
C. 14 oC
D. 12 oC
E. 10 oC
Discussie
Het is bekend dat:
Massa lood (m1) = 3kg
Soortelijke warmte van tin (c1) = 1400 J.kg-1C-1
Tin temperatuur (T1) = 80 oC
Watermassa (m³)2) = 10kg
Soortelijke warmte van water (c2) = 4200 J.kg-1C-1
Thermische evenwichtstemperatuur (T) = 20 oC
Gevraagd: Initiële watertemperatuur (T)2)
Antwoord :

Het juiste antwoord is C.
12. Een munt van 50 gram wordt verhit tot een temperatuur van 85 °C.oC, vervolgens ondergedompeld in een vat met 50 gram water van 29,8 °C.oC (soortelijke warmte van water = 1 cal.g)-1.oC-1). Als de uiteindelijke temperatuur van het systeem 37 isoC en ervan uitgaande dat er geen warmteoverdracht door het vat plaatsvindt, dan is de soortelijke warmte van het metaal…
A. 0,12 cal.g-1.oC-1
B. 0,30 cal.g-1.oC-1
C. 1,50 cal.g-1.oC-1
D. 4,8 cal.g-1.oC-1
E. 7,2 cal.g-1.oC-1
Discussie
Het is bekend dat:
Massa van de munt (m) = 50 gram
Initiële temperatuur van de munt (T)1) = 85oC
Massa water (m) = 50 gram
Initiële watertemperatuur (T)2) = 29,8oC
Soortelijke warmte van water = 1 cal.g-1.oC-1
Eindtemperatuur van het systeem (T) = 37oC
Gevraagd: Soortelijke warmte van metaal (c)
Antwoord :
Volgens het principe van Black is de hoeveelheid warmte die vrijkomt gelijk aan de hoeveelheid warmte die wordt opgenomen. De munt geeft warmte af en het water absorbeert warmte, totdat er thermisch evenwicht is bereikt.
Alle eenheden worden in grammen uitgedrukt, dus omrekenen is niet nodig.
Q lepas = Q absorberen
mlogam c ΔT = mlucht c ΔT
(50)(c)(85-37) = (50)(1)(37-29,8)
(50)(c)(48) = (50)(7,2)
(50)(c)(48) = (50)(7,2)
(c)(48) = 7,2
c = 7,2 / 48
c = 0,15 cal.g-1.oC-1
13. Kopermetaal bij een temperatuur van 100oC wordt in water geplaatst met een massa van 128 gram en een temperatuur van 30 oC. Soortelijke warmte van water 1 cal.g-1 oC-1 en de soortelijke warmte van koper is 0,1 cal.g.-1 oC-1Als thermisch evenwicht optreedt bij een temperatuur van 36 oC, dan is de massa van het metaal...
A. 140 gram
B. 120 gram
Ca. 100 gram
D. 80 gram
E. 75 gram
Discussie
Het is bekend dat:
Kopertemperatuur (T1) = 100 oC
Soortelijke warmte van koper (c1) = 0,1 cal.g-1 oC-1
Watermassa (m³)2) = 128 gram
Watertemperatuur (T2) = 30 oC
Soortelijke warmte van water (c2) = 1 cal.g-1 oC-1
Thermische evenwichtstemperatuur (T) = 36 oC
Vraag: Massa koper (m1)
Antwoord :
Het principe van Black stelt dat de warmte die een object met een hoge temperatuur afgeeft gelijk is aan de warmte die een object met een lage temperatuur opneemt.
Q koper = Q water
m1 c1 ΔT = m2 c2 AT
(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
De massa van het koper is 120 gram.
Het juiste antwoord is B.
14. Drie kilogram zwarte loden staaf met een soortelijke warmte van 1400 J.kg-1 C-1 temperatuur 80oC is ondergedompeld in 10 kg water met een soortelijke warmte van 4200 J.kg.-1 C-1Nadat het thermisch evenwicht is bereikt, is de uiteindelijke temperatuur van het mengsel 20.oC. De begintemperatuur van het water is….
Een 20 oC
B. 18 oC
C. 14 oC
D. 12 oC
E. 10 oC
Discussie
Het is bekend dat:
Massa lood (m1) = 3kg
Soortelijke warmte van tin (c1) = 1400 J.kg-1 C-1
Tin temperatuur (T1) = 80 oC
Watermassa (m³)2) = 10kg
Soortelijke warmte van water (c2) = 4200 J.kg-1 C-1
Thermische evenwichtstemperatuur (T) = 20 oC
Gevraagd: Initiële watertemperatuur (T2)
Antwoord :
Q vrijgegeven = Q ontvangen
Q tin = Q water
m1 c1 ΔT = m2 c2 AT
(3)(1.400)(80-20) = (10)(4.200)(20-T)
(4.200)(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
De aanvankelijke watertemperatuur is 14oC.
Het juiste antwoord is C.
15. IJs met een massa van M gram bij een temperatuur van 0oC, geplaatst in water met een gewicht van 340 gram bij een temperatuur van 20oC wordt in een speciaal vat geplaatst. Neem aan dat het vat geen warmte absorbeert/afgeeft. Als Les = 80 cal g-1, Clucht = 1 cal g-1 oC-1al het ijs smolt en thermisch evenwicht bereikt bij een temperatuur van 5oC, dan is de massa ijs (M)...
A. 60 gram
B. 68 gram
Ca. 75 gram
D. 80 gram
E. 170 gram
Discussie
Het is bekend :
Massa water (m) = 340 gram
IJstemperatuur (Tes) = 0oC
Suhu water (Tlucht) = 20oC
Thermische evenwichtstemperatuur (T) = 5oC
smeltwarmte van ijs (Les) = 80 cal g-1
Soortelijke warmte van water (clucht) = 1 cal g-1 oC-1
gevraagd : Massa ijs (M)
Antwoorden :
Zwart Principe Deze stelling stelt dat in een geïsoleerd, gesloten systeem de warmte die door een object met een hoge temperatuur wordt afgegeven gelijk is aan de warmte die door een object met een lage temperatuur wordt geabsorbeerd.
Warmte afgegeven door water (Q afgegeven) = warmte opgenomen door ijs (Q opgenomen)
mlucht clucht ( T) = mes Les + mes clucht ( T)
(340)(1)(20-5) = M (80) + M (1)(5-0)
(340)(15) = 80M + 5M
5100 = 85M
M = 5100/85
M = 60 gram
Het juiste antwoord is A.
Let op:
Als er wordt gesteld dat ijs een temperatuur van 0 heeft...o Als er staat dat de watertemperatuur 0 is, dan bevindt het water zich nog in vaste vorm.oC dan is het water in vloeibare vorm. Onderscheid het gebruik van de woorden ijs en water. Omdat het water nog in vaste of ijsvorm is, wordt de geabsorbeerde warmte eerst gebruikt om al het ijs te smelten tot water. Daarom wordt aan de rechterkant van de bovenstaande vergelijking een formule toegevoegd om de hoeveelheid warmte te berekenen die nodig is om het ijs te smelten (m).es LesNadat al het ijs is gesmolten tot water, wordt extra warmte gebruikt om de temperatuur van het ijs te verhogen van 0oC wordt 5oC.
Bron van de vraag:
Natuurkundevragen voor het nationale eindexamen voor de bovenbouw van het voortgezet onderwijs/beroepsonderwijs.