Forstå svarte prinsipper
Hvis vi blander varmt og kaldt vann i en åpen beholder (for eksempel en bøtte), overføres varme fra det varme vannet til det kalde vannet. Fordi beholderen er åpen, overføres noe av varmen til luften. Beholderen blir også varmere. Varmen som frigjøres fra det varme vannet absorberes ikke bare av det kalde vannet, men også av luften og beholderen. I dette tilfellet er bøtta et ikke-isolert system.
Når vi blander varmt og kaldt vann i en lukket termos, overføres varme fra det varme vannet til det kalde vannet. Termosen er et isolert system , så ingen varme overføres til luften eller termosen. Varmen som frigjøres fra det varme vannet absorberes ganske enkelt av det kalde vannet inntil blandingen når termisk likevekt.
Blacks prinsipp sier at i et isolert, lukket system er varmen som frigjøres av et objekt med høy temperatur = varmen som absorberes av et objekt med lav temperatur.
Blacks grunnleggende formel
Qlepas = Qabsorbere
Beskrivelse: Qlepas = varme som frigjøres av et objekt med høy temperatur, Qabsorbere = varme som absorberes av objekter med lav temperatur.
Eksempelspørsmål om Blacks prinsipp
1. Et stykke varmt jern med en masse på 1 kg og en temperatur på 100 oC plasseres i en beholder som inneholder vann med en masse på 2 kg og en temperatur på 20 oC. Hva er blandingens slutttemperatur? Spesifikk varme for jern = 450 J/kg Co, vanns spesifikke varme = 4200 J/kg Co.
Diskusjon:
Det er kjent :
m jern = 1 kg, Tbesi = 100 oC, m vann = 2 kg, Tluft = 20 oC, c jern = 450 J/kg Co, c vann = 4200 J/kg Co.
Spurt :
T-blanding?
Jawab :
Jern har en høyere temperatur enn vann, så jern frigjør varme, mens vann absorberer varme.
(m)(c)(ΔT) = (m)(c)(ΔT)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400T – 168000
45000 + 168000 = 8400 tonn + 450 tonn
213000 = 8850 tonn
T = 213000: 8850
T = 24 oC
Suhu Slutttemperaturen til en blanding av varmt jern og kaldt vann når begge er i termisk likevekt er 24 oC.
2. Spørsmål nr. 20 til den nasjonale eksamenen i fysikk/SMA 2015/2016
75 gram vann med en temperatur på 0 ° C blandes med 50 gram vann slik at temperaturen på blandingen er 40 ° C, så starttemperaturen på de 50 grammene med vann er...
A. 125 ° C
B. 120 ° C
C. 110 ° C
D. 100 ° C
Ø. 80 ° C
Diskusjon
Det er kjent at:
Vannmasse² (m² ) = 75 gram
Vanntemperatur 1 (T1 ) = 0 ° C
Vannmasse² (m² ) = 50 gram
Slutttemperaturen til blandingen (T) = 40 ° C
Masseenhetene er de samme, så ingen konvertering er nødvendig.
Ønsket: Starttemperatur for vann 2 ( T2 )
Jawab:
Blacks prinsipp sier at i et isolert lukket system er varmen som frigjøres av et objekt med høy temperatur lik varmen som absorberes av et objekt med lav temperatur.
Q frigjort = Q absorbert
m1c ( ΔT1 ) = m2c ( ΔT2 )
Vannets spesifikke varme er den samme, så c er eliminert fra ligningen.
m1 ( ΔT1 ) = m2 ( ΔT2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T2 – 40)
(75)(40) = (50)( T2–40 )
3000 = 50 T² – 2000
42 000 + 21 000 = 50 T²
5000 2 = 50 T²
T2 = 100
Det riktige svaret er D.
3. Spørsmål nr. 20 til den nasjonale eksamenen i fysikk/SMA 2015/2016
Et metall på 200 gram varmes opp til 120 ° C og legges deretter i 100 gram vann med en temperatur på 30 ° C. Etter likevekt blir temperaturen på blandingen 60 ° C . Hvis vannets spesifikke varme er 4200 J.kg⁻¹ ° C⁻¹ , er metallets spesifikke varme...
A. 10,5 J.kg⁻¹ C⁻¹
B. 105 J.kg -1o C -1
C. 150 J.kg -1o C -1
D. 1050 J.kg -1o C -1
E. 1500 J.kg -1o C -1
Diskusjon
Konvertering av masseenheter fra gram til kilogram (Det internasjonale enhetssystemet)
Det er kjent at:
Metallmasse ( m³ ) = 200 gram = 0,2 kg
Metalltemperatur (T1 ) = 120 ° C
Vannmasse (m² ) = 100 gram = 0,1 kg
Vanntemperatur (T2 ) = 30 ° C
Slutttemperaturen til blandingen (T) = 60 ° C
Vanns spesifikke varme (c² ) = 4200 J.kg⁻¹ o C⁻¹
Spurt: Spesifikk varme for metall ( c1 )
Jawab:
Q frigjort = Q absorbert
m1 c1 (ΔT1) = m2 c2 (ΔT2)
(0,2)(c1 ) (120–60) = (0,1)(4200)(60–30)
(0,2)(c1 ) (60) = (0,1)(4200)(30)
12 c 1 = 12600
c1 = 12600 / 12
c1 = 1050
Det riktige svaret er D.
4. Spørsmål til nasjonale SMA/MA-eksamen 2018
250 ml kokende vann (100 ° C) helles i en kjele som inneholder 400 ml vann med en temperatur på 35 ° C . Etter at termisk likevekt har oppstått, er temperaturen på blandingen ... (vannets spesifikke varme 1,0 kcal.gr⁻¹ . o C⁻¹ )
Diskusjon
Det er kjent:
Varmtvannstemperatur = 100 ° C
Volum varmtvann = 250 ml = 0,25 liter = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³ ) = 250 cm³
Kaldtvannstemperatur = 35 ° C
Volum kaldt vann = 400 ml = 0,4 liter = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³ ) = 400 cm³
Vanns spesifikke varme = 1,0 kcal / gr⁻¹ ⁻¹ C⁻¹
Vanntetthet = 1 gr/ cm³
Spurt: Blandingstemperatur
Jawab:
Beregn massen av varmt og kaldt vann ved hjelp av tetthetsformelen:
m = ρ V
m = masse, ρ = tetthet, V = volum
Masse av varmt vann: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (250 cm³ ) = 250 gram
Masse av kaldt vann: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (400 cm³ ) = 400 gram
Beregn temperaturen på blandingen ved hjelp av Blacks formel:
Varme absorbert av kaldt vann = varme frigjort av varmt vann
mc ΔT = mc ΔT
Den spesifikke varmen er den samme, så den er eliminert fra ligningen.
m ΔT = m ΔT
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000/650
T = 60 ° C
