Varmeformel Tilstandsendring Varmeoverføring

Eksempelspørsmål og formler for varmeendringer i tilstand, varmeoverføring, Blacks prinsipp

Fusjonsvarme

1. Fusjonsvarmen til vann er 80 kcal/gram. Dette betyr….

A. Det tar 80 kalorier å øke temperaturen på 1 gram vann med 1 grad
B. Det tar 80 kalorier å forvandle 1 gram vann fullstendig til damp.
C. Det kreves 80 kalorier for å opprettholde temperaturen på 1 gram vann.
D. Det tar 80 kalorier å forvandle 1 gram is fullstendig til vann.

Diskusjon
Det riktige svaret er D.

Endring av form

2.
Se på grafen som viser resultatene av følgende eksperiment!

2 kg vann med en temperatur på 60 ^° C vil fordampe. Hvis varmen fra vanndamp er 2,27 x 10⁶ ^J /kg, den spesifikke varmen til vannet er 4200 J/(kg ^° C) og lufttrykket er 76 cmHg, er varmen som kreves for BC-prosessen….

A. 336 kilojoule
B. 4540 kilojoule
C. 4876 kilojoule
D. 5212 kilojoule

Diskusjon
Det er kjent at:
Vannmasse (m) = 2 kg
Vanntemperatur (T) = 60^oC
Varme fra vanndamp (L_V) = 2,27 x 10⁶ J / kg
Vannens spesifikke varme (c) = 4200 J/(kg) ^oC)
Lufttrykk (P) = 76 cmHg
Spørsmål: Varme som kreves for BC-prosessen
Jawab:
Prosess AB = Vann varmes opp fra en temperatur på 60^oC til 100^oC. I denne prosessen brukes varme til å øke temperaturen på vannet. Varme beregnes ved hjelp av formelen: Q = mc ΔT
Prosess BC = Vann fordampes. I denne prosessen brukes ikke varme til å heve temperaturen, men til å fordampe vannet. Varme beregnes ved hjelp av formelen: Q = m⁻⁻⁹ L_V
Prosess C- = Damp varmes opp. I denne prosessen brukes varme til å øke temperaturen på dampen. Varme beregnes ved hjelp av formelen: Q = mc ΔT.
Så hvis vanntemperaturen endres, er varmeformelen som brukes Q = mc ΔT. Hvis vannets form endres, er varmeformelen som brukes Q = m L_V.

Varme som kreves for BC-prosessen:
Q = m⁻¹_V
Q = (2 kg)(2,27 x 10⁶ J/kg)
Q = 4,54 x 10⁶ Joule
Q = 760 400 joule
Q = 4.540 kilojoule
Det riktige svaret er B.

3. Følgende er grupper av tilstandsendringer som frigjør varme:
A. Frysing, kondensering, sublimering
B. Smelting, fordampning, krystallisering
C. Smelting, fordampning, kondensering
D. Frysing, fordamping, sublimering
Diskusjon
Generelt finnes det to typer tilstandsendringer, nemlig tilstandsendringer som absorberer varme og tilstandsendringer som frigjør/avgir varme.
I en tilstandsendring som absorberer varme, absorberer et objekt varme inntil varmen i objektet øker, deretter endres objektets tilstand. I en tilstandsendring som frigjør varme, frigjør et objekt varme inntil varmen i objektet avtar, deretter endres objektets tilstand.
Hvis en gjenstand absorberer varme, endres gjenstandens tilstand fra fast til flytende til gassformig.
Hvis et objekt avgir varme, endres objektets tilstand fra gassform til væskeform til fast stoff.

Vær oppmerksom på svaret på spørsmålet ovenfor.
Frysing = en gjenstands tilstand endres fra flytende til fast (frigjør varme)
Kondensasjon = en gjenstands tilstand endres fra gassform til væskeform (frigjør varme)
Sublimering = en gjenstands tilstand endres fra gassform til fast form (frigjør varme)
Smelting = en gjenstands tilstand endres fra fast til flytende (absorberer varme)
Fordampning = tilstanden til et objekt endres fra væske til gass (absorberer varme)
Krystallisering = tilstanden til et objekt endres fra fast stoff til gassform (absorberer varme)
Det riktige svaret er A.

Varmeoverføring

4. Et glassvindu har en tykkelse på 8 mm og et areal på 1 m²²Hvis lufttemperaturen ute er 30^oC og i 20^oC og varmeledningsevnen til glass er 0,8 W/m^oC, så er mengden energi som passerer gjennom glasset i løpet av 1 time…. megajoule
En 360
B. 36
C. 6
D. 3,6
Diskusjon
Det er kjent at:
Glasstykkelse (l) = 8 mm = 8 / 1000 = 0,008 m
Glassareal (A) = 1 m²²
Temperaturforskjell (ΔT) = 30^oC–20^oC = 10^oC
Glassets varmeledningsevne (k) = 0,8 W/m²^oC
Tidsintervall (t) = 1 time = 60 (60 sekunder) = 3600 sekunder
Spørsmål: Mengden energi som passerer gjennom glasset i løpet av 1 time
Jawab:
Formelen for varmeoverføringshastigheten ved konduksjon:

Mengden energi som passerer gjennom glasset i løpet av 1 time:

Det riktige svaret er D.

5. En metallstang er 1 m lang. Den ene enden varmes opp til en konstant temperatur på 150^oC mens den andre enden holdes ved romtemperatur, nemlig 30^oC. Temperaturen på den delen av stangen som er 30 cm fra den oppvarmede enden er….
En 36^oC
B. 84^oC
C. 114^oC
D. 125^oC
Diskusjon
Det er kjent at:
Lengde på metallstang (l) = 1 meter
Temperaturforskjell (ΔT) = 150^oC–30^oC = 120^oC
Spørsmål: Temperaturen på den delen av stangen som er 30 cm fra den oppvarmede enden
Jawab:
Beregn varmeoverføringshastigheten ved konduksjon:

Beregn temperaturen på den delen av stangen som er 30 cm fra den oppvarmede enden:
Lengde på metallstang (l) = 30 cm = 0,3 meter
Temperaturforskjell (ΔT) = 150–T

Det riktige svaret er C.

Kilde for spørsmålet:

SBMPTN fysikkspørsmål