Eksempelspørsmål om varme og tilstandsendringer

15 eksempler på varme og tilstandsendringer

Diskusjon om varmeproblemer

1. For å øke temperaturen på sjøvann med 1 °C kreves det 3900 joule varme . Hvis den spesifikke varmen til sjøvann er 3,9 × 10³ ^J /kg °C, er massen av sjøvannet…

A. 100 kg

B. 10 kg

Ca. 1 kg

D. 0,1 kg

Diskusjon

Det er kjent at:

Temperaturendring ( ΔT ) = 1 ^° C

Varme (Q) = 3900 joule

Spesifikk varme for sjøvann (c) = 3,9 x 10³ ^J /Kg°C = 3900 J/Kg°C

Spørsmål: Masse av sjøvann (m²)

Jawab:

Varmeformel:

Q = mc ΔT

Beskrivelse: Q = varme, m = masse, c = spesifikk varme, ΔT = temperaturendring

m = Q / c ΔT = 3900 / (3900)(1) = 3900 / 3900 = 1

Så massen av sjøvann (m) = 1 kilogram

Det riktige svaret er C.

2. Kobber med en masse på 2 kg ved en temperatur på 30 °C. Mottar 39 000 J varme. Hvis kobberets spesifikke varme er 390 J/kg °C, er kobberets slutttemperatur...

A. 80°C

B. 50°C

30 °C

D. 20°C

Diskusjon

Det er kjent at:

Masse (m²) = 2 kg

Starttemperatur (T1 ₎ = 30 ^° C

Varmeabsorbert (Q) = 39 000 joule

Spesifikk varme (c) for kobber = 390 J/kg ^o C

Spørsmål: Slutttemperatur for kobber ( _T2 )

Jawab:

Varmeformel:

Q = mc ΔT

Beskrivelse: Q = varme, m = masse, c = spesifikk varme, ΔT = temperaturendring

Q = mc² ΔT = mc² ( _T² – _T¹ )

39 000 = (2)( 390)( _T2–30 )

100 = (2)(1)( _T2–30 )

100 = (2)( _T2–30 )

50 = _T2–30​

T2 = 50 + ₃₀

T2 = 80 _° ^C

Det riktige svaret er A.

3. For å heve temperaturen på 5 kg vann fra 15 °C til 40 °C, er mengden varme som kreves….

(vannets spesifikke varme 4,2 × 10³ ^J /kg° C)

A. 525.000 J

B. 420.000 J

C. 14 400 J

D. 52 800 J

Diskusjon

Det er kjent at:

Masse (m²) = 5 kg

Starttemperatur (T1 ₎ = 15 °C

Slutttemperatur (T2 ₎ = 40 °C

Vannets spesifikke varme (c) = 4,2 × 10³ ^J /kg° C

Spurt: Varme (Q)

Jawab:

Varmeformel:

Q = mc ΔT

Q = (5 kg)( 4,2 × 10³ ^J /kg°C)(40°C – 15°C)

Q = (5)( 4,2 × 10³ ^J )(25)

Q = 525 x ^10³ J

Q = 760 400 joule

Det riktige svaret er A.

4. 2 kg vann fra en temperatur på 24 °C varmes opp til 90 °C. Hvis den spesifikke varmen er 4.200 joule/kg °C, er varmen som mottas av vannet ...

A. 158 400 joule

B. 950 400 joule

C. 5 860 800 joule

D. 9 504 000 joule

Diskusjon

Det er kjent at:

Vannmasse (m) = 2 kg

Starttemperatur (T1 ₎ = 24 °C

Slutttemperatur (T2 ₎ = 90 °C

Vannens spesifikke varme (c) = 4.200 joule/kg°C

Spørsmål: Varmen (Q) som vann mottar er….

Jawab:

Kalorier:

Q = m c ΔT

Q = (2 kg)( 4.200 joule/kg°C)(90°C – 24°C)

Q = (2 kg)( 4.200 joule/kg°C)(66°C)

Q = (132)( 4.200 joule)

Q = 760 400 joule

Det riktige svaret er C.

5. Vann med en masse på 5 gram varmes opp fra 10 °C til 40 °C. Hvis vannets spesifikke varme er 1 kcal/gr °C, er mengden varme som kreves for å heve vanntemperaturen ...

A. 100 kalorier

B. 150 kalorier

Ca. 200 kalorier

D. 7 125 kalorier

Diskusjon

Det er kjent at:

Masse (m²) = 5 gram

Starttemperatur (T1 ₎ = 10 ^° C

Slutttemperatur (T2 ₎ = 40 ^° C

Vanns spesifikke varme (c) = 1 kcal/gr°C

Spørsmål: Varmen som kreves for å heve temperaturen på vann

Jawab:

Varmeformel:

Q = mc ΔT

Q = (5 gram)( 1 kcal/gr°C)(40 ^° C – 10 ^° C)

Q = (5)( 1 kcal)(30)

Q = 150 kalorier

Det riktige svaret er B.

6. Den beste varmelederen er...

A. aluminium

B. kvikksølv

C. jern

D. glass

Diskusjon

Hvorvidt et materiale leder varme godt eller ikke, avhenger av materialtypen. Den fysiske størrelsen som indikerer et materiales evne til å lede varme kalles varmeledningsevne. Jo høyere varmeledningsevne, desto bedre er materialets evne til å lede varme.

Nedenfor er verdiene for varmeledningsevne for flere materialer:

Aluminium = 200 J/ms ^C₂

Jern = 40 J/ms ^C₂

Kvikksølv = 8,30 J/ms ^C₂

Glass = 0,84 J/ms C ^o

Basert på dataene ovenfor er den største varmeledningsevnen aluminium.

Det riktige svaret er A.

7. 0,2 kg vann med en temperatur på 25 ^° C varmes opp med en varme på 42 000 joule. Hvis vannets spesifikke varme = 4200 J/kg ^° C, er vannets slutttemperatur…..

A. 100 ^° C

B. 80 ^° C

C. 75 ^° C

D. 50 ^° C

Diskusjon

Alle enheter er uttrykt i internasjonale enheter, bortsett fra temperaturenheter som forblir i Celsius fordi varme bruker enheten J/kg ^oC.

Det er kjent at:

Vannmasse (m) = 0,2 kg

Varme (Q) = 42.000 joule

Vannens spesifikke varme (c) = 4200 J/kg ^o C

Starttemperatur (T1 ₎ = 25 ^° C

Spørsmål: Slutttemperatur ( _T2 )

Jawab:

Varmeformel:

Q = mc² ΔT = mc² ( _T² – _T¹ )

Formelbeskrivelse:

Q = varme, m = masse, c = spesifikk varme, ΔT = temperaturendring, T1 ₌ starttemperatur, T2 ₌ slutttemperatur

Den endelige temperaturen på vannet er:

Q = mc( _T2 – _T1 )

42 000 = (0,2)(4200)( _T2–25 )

42 000 = 840 ( _T2–25 )

42 000 = 840 T² _– 21 000

42 000 + 21 000 = 840 _T²

63.000 2 = 840 _T²

T2 = 63 ₀₀₀ / 840

T2 = ₇₅ ^° C

Det riktige svaret er C.

Temperaturendringer og formendringer

8. Basert på grafen er mengden varme som kreves av 5 kg vann i prosessen fra C til D (spesifikk varme for vann = 4.200 J/kg ^o C) ...

A. 210.000 J

B. 420.000 J

C. 14 400 J

D. 52 800 J

Diskusjon

Det er kjent at:

Vannmasse (m) = 5 kg

Vannens spesifikke varme (c) = 4200 J/kg ^o C

Starttemperatur (T1 ₎ = 0 ^° C

Slutttemperatur (T2 ₎ = 10 ^° C

Temperaturendring ( ΔT) = 10 ^° C – 0 ^° C = 10 ^° C

Spørsmål: Varmeabsorbering (Q)

Jawab:

Varmeformel:

Q = mc² ΔT = (5 kg)(4200 J/kg ^o C)( 10 ^o C) = (5)(4200 J)( 10 ) = (50)(4200 J) = 210 000 joule

Det riktige svaret er A.

9. Se på grafen på siden! Mengden varme som kreves for å endre 200 gram is i prosess A til C, hvis isens spesifikke varme er 2100 J/kg ^o C og isens smeltevarme er 336 000 J/kg, er…..

A. 158 400 joule

B. 950 400 joule

C. 5 860 800 joule

D. 9 504 000 joule

Diskusjon

Det er kjent at:

Alle enheter må uttrykkes i det internasjonale enhetssystemet.

Ismasse (m) = 200 gram = 200/1000 kilogram = 0,2 kilogram

Spesifikk varme (c) = 2100 J/kg ^o C

Varme fra smeltende is (L _F ) = 336 000 J/kg

Spørsmål: Hvor mye varme kreves i prosessen fra A til C?

Jawab:

I prosess A til B absorberes varme av isen for å øke temperaturen fra -10 ^° C til 0 ^° C.

Mengden varme som absorberes i prosess A til B beregnes ved hjelp av varmeformelen:

Q = mc ΔT

Formelbeskrivelse: Q = absorbert varme, m = ismasse, c = isens spesifikke varme, ΔT = temperaturendring

Så mengden varme som absorberes er:

Q1 = mc ΔT = (0,2)( 2100)(0-(-10) = ₍ 0,2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 joule

I prosessene B til C absorberes varme for å smelte all isen til vann. I denne prosessen skjer det bare en tilstandsendring, men ingen temperaturendring. Temperaturen på isen og vannet forblir på 0 ^° C.

Mengden varme som absorberes i prosess B til C beregnes ved hjelp av varmeformelen:

Q² = m L _F = (0,2 kg)( 336 000 J/kg) = 67 200 _joule

Mengden varme som absorberes i prosessen A til C:

Q = _Q1 + Q2 ₌ 4200 joule + 67 200 joule = 71 400 joule

Det riktige svaret er C.

10. Se på følgende graf med eksperimentelle resultater!

Hvis 2 kg vann varmes opp, og varmen fra vanndamp = 2,27 x 10⁶ ^J /kg, den spesifikke varmen til vannet = 4.200 J/kg ^oC og lufttrykket er 1 atmosfære, så er mengden varme som kreves for prosessen fra B til C...

A. 3.360 kilojoule

B. 4.540 kilojoule

C. 4.876 kilojoule

D. 5.212 kilojoule

Diskusjon

Det er kjent at:

Vannmasse (m) = 2 kg

Vanndampvarme (L₁ _/V ) = 2,27 x 10⁶ ^J /kg

Vannens spesifikke varme (c) = 4.200 J/kg ^o C

Spørsmål: Mengden varme som absorberes for prosessen fra B til C.

Jawab:

I prosess A til B brukes varmen som absorberes av vannet til å heve temperaturen på vannet fra 60 ^° C til 100 ^° C. Ved et lufttrykk på 1 atmosfære er koketemperaturen til vannet 100 ^° C, og etter å ha nådd en temperatur på 100 ^° C, opplever ikke vannet ytterligere temperaturendringer, men opplever en endring fra væske til gass.

I prosessene B til C brukes den absorberte varmen til å fordampe alt vannet til gass. Mengden absorbert varme beregnes ved hjelp av formelen:

Q = m L _V = (2 kg)(2,27 x 10⁶ ^J /kg) = 4,54 x 10⁶ ^Joule = 4540 x 10⁶ ^Joule = 4540 kilojoule

Det riktige svaret er B.

11.

Vær oppmerksom på følgende graf
Is med en masse på 50 gram varmes opp fra -5^oC til vann ved en temperatur på 60^oC vann. Hvis smeltevarmen til is = 80 kcal/gram, er den spesifikke varmen til is = 0,5 kcal/gram ^oC, vanns spesifikke varme = 1 kcal/gram ^oC, så er mengden varme som kreves under prosessen fra C til D….

A. 125 kalorier
B. 3.000 kalorier
Ca. 4.000 kalorier
D. 7 125 kalorier

Diskusjon

Det er kjent at:
Isens masse (m es) = 50 gram
Istemperatur (T es) = -5 ^oC
Isens spesifikke varme (c es) = 0,5 kcal/gram ^oC
Varme fra smeltende is (L-is) = 80 kcal/gram
Vanntemperatur (T vann) = 60 ^oC
Spesifikk varme for vann (c vann) = 1 kcal/gram ^oC
Spørsmål: Mengden varme i prosessen C til D
Jawab:

I prosess A til B endres istemperaturen fra -5 ^oC blir 0 ^oC
I prosess B til C blir all isen til vann (det faste stoffet blir til væske). I denne prosessen endres ikke temperaturen.
I prosess C til D endres vanntemperaturen fra 0 ^oC blir 60 ^oC

Varme som kreves i prosess A til B:
Q = mc ΔT
Q = (m_es)(c_es)(0 – T_es)
Q = (50)(0,5)(0-(-5)) = (50)(0,5)(5) = 125 kalorier
Varme som kreves i prosess B til C:
Q = m⁻¹
Q = m_es L_es
Q = (50)(80) = 4000 kalorier
Varme som kreves i prosess C til D:
Q = mc ΔT
Q = (m_luft)(c_luft)(T_luft - 0)
Q = (50)(1)(60-0) = (50)(1)(60) = 3000 kalorier

Varme som kreves i prosess A til D:
Q = 125 + 4000 + 3000
Q = 7125 kalorier

Forfatteren beregner mengden varme som kreves for hver prosess for å hjelpe deg å forstå hvordan du løser denne typen problem. Spørsmålet er varmen som kreves for prosess C til D.

Det riktige svaret er B.

12.

Basert på grafen ved siden av antallet kalori 3 kg is er nødvendig i prosessen med ABC er… (spesifikk varme es = 2.100 J/kg^oC, smeltevarme es = 336 000 J/kg)

A. 630 kJ
B. 819 kJ
C. 1071 kJ
D. 19 800 kJ

Diskusjon

Grafikken ovenfor illustrerer prosessen med å endre isens tilstand til vann.
I AB-prosessen brukes varme til å heve temperaturen på is fra -10^oC til 0^oC.
Q = mc² (deltaT)
Q = (3)(2100)(0-(-10)) = (3)(2100)(10) = 63 000 joule = 63 kJ (kj = kilojoule)
I BC-prosessen brukes varme til å smelte all isen til vann. I denne prosessen endres ikke isens temperatur.
Q = m⁻¹_F
Q = (3)(336 000) = 1 008 000 joule
Mengden varme som kreves for is i ABC-prosessen er:
63 kJ + 1 008 kJ = 1071 kJ
Det riktige svaret er C.

13.

Vær oppmerksom på oppvarmingsgrafen for 500 gram is ved en temperatur på -10^oC under! Hvis isens spesifikke varme er 2100 J/kg^oC, spesifikk varme for vann 4.200 J/kg^oC, og smeltevarmen til is er 336 000 J/kg. Hvor mye varme trengs for BCD-prosessen?

A. 31.500 J
B. 63.000 J
C. 14 400 J
D. 52 800 J

Diskusjon
Ismassen uttrykkes i gram, så konverter den til kilogram (internasjonale enheter). 500 gram = 0,5 kg.
I BC-prosessen brukes varme til å smelte all isen til vann.
Q = m⁻¹_F
Q = (0,5)(336 000) = 1 008 000 joule
I CD-prosessen brukes varme til å heve temperaturen på vann fra 0^oC til 30^oC
Q = mc² (deltaT)
Q = (0,5)(4200)(30-0) = (0,5)(4200)(30) = 63 000 joule
Mengden varme som kreves for is i BCD-prosessen:
168 000 joule + 63 000 joule = 231 000 joule
Det riktige svaret er D.

14.
Se på oppvarmingsgrafen for 1 kg is nedenfor! Hvis isens spesifikke varme er 2.100 J/kg^oC, smeltevarmen til is er 336 000 J/kg og den spesifikke varmen til vann er 4.200 J/kg^oC, så er varmen som kreves i PQR-prosessen…
A. 10.500 J
B. 21.000 J
C. 14 400 J
D. 52 800 J
Diskusjon
I PQ-prosessen brukes varme til å heve temperaturen på is fra -5^oC til 0^oC
Q = mc² (deltaT)
Q = (1)(2100)(0-(-5)) = (1)(2100)(5) = 10 500 joule
I QR-prosessen brukes varme til å smelte all isen til vann.
Q = m⁻¹_F
Q = (1)(336 000) = 1 008 000 joule
Mengden varme som kreves for is i PQR-prosessen er:
168 000 joule + 63 000 joule = 231 000 joule
Det riktige svaret er D.

15. Se på oppvarmingsgrafen for 1 kg is nedenfor!

Hvis isens spesifikke varme er 2.100 J/kg ^oC , isens smeltevarme er 336 000 J/kg og vannets spesifikke varme er 4.200 J/kg ^oC , så er varmen som kreves i PQR-prosessen…

A. 10.500 J

B. 21.000 J

C. 14 400 J

D. 52 800 J

Diskusjon

Det er kjent at:

Ismasse = 1 kg

Varme fra smeltende is (L _F ) = 336 000 J/kg

Isens spesifikke varme (c es) = 2.100 J/kg ^o C

Spesifikk varme for vann (c vann) = 4.200 J/kg ^o C

Spørsmål: Varme som kreves i PQR-prosessen

Jawab:

I P til Q-prosessen brukes varme til å øke temperaturen på isen fra -5 ^o C til 0 ^o C. Varme beregnes ved hjelp av formelen: Q = mc ΔT, hvor Q = varme, m = isens masse, c = isens spesifikke varme, ΔT = temperaturendring fra -5 ^o C til 0 ^o C.

Varme som kreves i prosessen P til Q:

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

I Q-til-R-prosessen brukes varme til å smelte all isen til vann. I denne prosessen endres ikke temperaturen. Varme beregnes ved hjelp av formelen: Q = m L _F , hvor Q = varme, m = isens masse, L _F = isens smeltevarme.

Varme som kreves i prosessen Q til R:

Q = m L _F = (1)(336 000) = 336 000 Joule

Totalt antall kalorier:

10 500 + 336 000 = 346 500 joule

Det riktige svaret er D.

Kilde for spørsmålet:

Spørsmål til nasjonale eksamensspørsmål for naturfag på ungdomsskolen/islamsk ungdomsskole