15 przykładów ciepła i zmian stanu skupienia
Dyskusja na temat problemów z ciepłem
1. Aby podnieść temperaturę wody morskiej o 1°C, potrzeba 3900 dżuli ciepła . Jeśli ciepło właściwe wody morskiej wynosi 3,9 × 10 3 J/kg°C, to masa wody morskiej wynosi…
A. 100 kg
B. 10 kg
ok. 1 kg
D.0,1 kg
Pembahasan
Wiadomo, że:
Zmiana temperatury ( Δ T) = 1 o C
Ciepło (Q) = 3900 dżuli
Ciepło właściwe wody morskiej (c) = 3,9 x 10 3 J/Kg°C = 3900 J/Kg°C
Pytanie: Masa wody morskiej (m)
Jawab:
Wzór na ciepło:
Q = mc Δ T
Opis: Q = ciepło, m = masa, c = ciepło właściwe, Δ T = zmiana temperatury
m = Q / c Δ T = 3900 / (3900)(1) = 3900 / 3900 = 1
Zatem masa wody morskiej (m) = 1 kilogram
Prawidłowa odpowiedź to C.
2. Miedź o masie 2 kg w temperaturze 30°C otrzymuje 39 000 J ciepła. Jeśli ciepło właściwe miedzi wynosi 390 J/kg °C, to temperatura końcowa miedzi wynosi...
A. 80°C
B. 50°C
30°C
D. 20°C
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa (m) = 2 kg
Temperatura początkowa (T 1 ) = 30 o C
Pochłonięte ciepło (Q) = 39 000 dżuli
Ciepło właściwe (c) miedzi = 390 J/kg o C
Pytanie: Temperatura końcowa miedzi (T 2 )
Jawab:
Wzór na ciepło:
Q = mc ΔT
Opis: Q = ciepło, m = masa, c = ciepło właściwe, ΔT = zmiana temperatury
Q = mc ΔT = mc (T 2 – T 1 )
39 000 = (2)( 390)(T 2 – 30)
100 = (2)(1)(T 2 – 30)
100 = (2)(T 2 – 30)
50 = T 2 – 30
T2 = 50 + 30
T2 = 80 ° C
Prawidłowa odpowiedź to A.
3. Aby podnieść temperaturę 5 kg wody od 15°C do 40°C, ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury wynosi….
(ciepło właściwe wody 4,2 × 10 3 J/Kg° C)
A. 525.000 J
B. 420.000 J
C. 150.000 J
D.21.000 J
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa (m) = 5 kg
Temperatura początkowa (T 1 ) = 15°C
Temperatura końcowa (T 2 ) = 40°C
Ciepło właściwe wody (c) = 4,2 × 10 3 J/kg° C
Zapytano: Ciepło (Q)
Jawab:
Wzór na ciepło:
Q = mc ΔT
Q = (5 kg)( 4,2 × 10 3 J/kg°C)(40°C – 15°C)
Q = (5)( 4,2 × 10 3 J)(25)
Q = 525 x 10 3 J
Q = 525 000 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to A.
4. 2 kg wody o temperaturze 24°C ogrzano do 90°C. Jeśli ciepło właściwe wynosi 4.200 dżuli/kg°C, to ciepło pobrane przez wodę wynosi...
A. 336.000 dżuli
B. 259.200 dżuli
C. 554.400 dżuli
D. 12 500 dżuli
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa wody (m) = 2 kg
Temperatura początkowa (T 1 ) = 24°C
Temperatura końcowa (T 2 ) = 90°C
Ciepło właściwe wody (c) = 4.200 dżuli/kg°C
Pytanie: Ciepło (Q) otrzymane przez wodę wynosi….
Jawab:
Kalorie:
Q = m c ΔT
Q = (2 kg)( 4.200 dżuli/kg°C)(90°C – 24°C)
Q = (2 kg)( 4.200 dżuli/kg°C)(66°C)
Q = (132)( 4.200 dżuli)
Q = 525 000 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to C.
5. Woda o masie 5 gramów została podgrzana od 10°C do 40°C. Jeśli ciepło właściwe wody wynosi 1 cal/gr°C, ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury wody wynosi...
A. 100 kalorii
B. 150 kalorii
C. 200 kalorii
D. 400 kalorii
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa (m) = 5 gramy
Temperatura początkowa (T 1 ) = 10 o C
Temperatura końcowa (T 2 ) = 40 o C
Ciepło właściwe wody (c) = 1 cal/gr°C
Pytanie: Ile ciepła potrzeba do podniesienia temperatury wody?
Jawab:
Wzór na ciepło:
Q = mc ΔT
Q = (5 gramów)( 1 kal/ gr °C)(40 o C – 10 o C)
Q = (5)( 1 kal)(30)
Q = 150 kalorii
Prawidłowa odpowiedź to B.
6. Najlepszym przewodnikiem ciepła jest...
A. aluminium
B. rtęć
C. żelazo
D. szkło
Pembahasan
To, czy materiał dobrze przewodzi ciepło, zależy od jego rodzaju. Wielkość fizyczna określająca zdolność materiału do przewodzenia ciepła nazywa się przewodnością cieplną. Im wyższa przewodność cieplna, tym lepsza zdolność materiału do przewodzenia ciepła.
Poniżej podano wartości przewodnictwa cieplnego poszczególnych materiałów:
Aluminium = 200 J/ms C o
Żelazo = 40 J/ms C o
Rtęć = 8,30 J/ms C o
Szkło = 0,84 J/ms C o
Biorąc pod uwagę powyższe dane, największą wartością przewodnictwa cieplnego charakteryzuje się aluminium.
Prawidłowa odpowiedź to A.
7. 0,2 kg wody o temperaturze 25 ° C ogrzano z energią 42 000 dżuli. Jeśli ciepło właściwe wody = 4200 J/kg ° C, to temperatura końcowa wody wynosi…
A. 100 o C
B. 80 o C
C. 75 o C
D. 50 o C
Pembahasan
Wszystkie jednostki wyrażone są w jednostkach międzynarodowych, z wyjątkiem jednostek temperatury, które pozostają w stopniach Celsjusza, ponieważ ciepło wyrażane jest w jednostce J/kg o C.
Wiadomo, że:
Masa wody (m) = 0,2 kg
Ciepło (Q) = 42.000 dżuli
Ciepło właściwe wody (c) = 4200 J/kg o C
Temperatura początkowa (T 1 ) = 25 o C
Pytanie: Temperatura końcowa (T 2 )
Jawab:
Wzór na ciepło:
Q = mc ΔT = mc (T 2 – T 1 )
Opis formuły:
Q = ciepło, m = masa, c = ciepło właściwe, ΔT = zmiana temperatury, T 1 = temperatura początkowa, T 2 = temperatura końcowa
Końcowa temperatura wody wynosi:
Q = mc (T 2 – T 1 )
42 000 = (0,2)(4200)(T 2 – 25)
42 000 = 840 (T 2 – 25)
42 000 = 840 T 2 – 21 000
42.000 + 21.000 = 840 T2
63.000 = 840 T 2
T2 = 63.000 / 840
T2 = 75 ° C
Prawidłowa odpowiedź to C.
Zmiany temperatury i zmiany formy
8. Na podstawie wykresu można stwierdzić, że ilość ciepła potrzebna 5 kg wody w procesie zmiany temperatury z C do D (ciepło właściwe wody = 4.200 J/kg o C) wynosi…
A. 210.000 J
B. 420.000 J
C. 21.000.000 J
D.42.000.000 J
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa wody (m) = 5 kg
Ciepło właściwe wody (c) = 4200 J/kg o C
Temperatura początkowa (T 1 ) = 0 o C
Temperatura końcowa (T 2 ) = 10 o C
Zmiana temperatury ( ΔT) = 10 o C – 0 o C = 10 o C
Pytanie: Pochłonięte ciepło (Q)
Jawab:
Wzór na ciepło:
Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg o C)( 10 o C) = (5)(4200 J)( 10 ) = (50)(4200 J) = 210 000 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to A.
9. Spójrz na wykres z boku! Ilość ciepła potrzebna do zmiany temperatury 200 gramów lodu w procesie A na C, jeśli ciepło właściwe lodu wynosi 2100 J/kg o C, a ciepło topnienia lodu wynosi 336 000 J/kg, wynosi…
A. 4.200 dżuli
B. 67.200 dżuli
C. 71.400 dżuli
D. 12 500 dżuli
Pembahasan
Wiadomo, że:
Wszystkie jednostki muszą być wyrażone w Międzynarodowym Układzie Jednostek Miar.
Masa lodu (m) = 200 gramów = 200/1000 kilogramów = 0,2 kilograma
Ciepło właściwe (c) = 2100 J/kg o C
Ciepło topnienia lodu (L F ) = 336 000 J/kg
Pytanie: Ile ciepła potrzeba w procesie przejścia ze temperatury A do C?
Jawab:
W procesie A do B ciepło jest absorbowane przez lód, co powoduje wzrost jego temperatury od -10 o C do 0 o C.
Ilość ciepła pochłoniętego w procesie A do B obliczana jest przy użyciu wzoru na ciepło:
Q = mc ΔT
Opis wzoru: Q = ciepło pochłonięte, m = masa lodu, c = ciepło właściwe lodu, ΔT = zmiana temperatury
Tak więc ilość pochłoniętego ciepła wynosi:
Q 1 = mc ΔT = (0,2)( 2100)(0-(-10) = (0,2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 dżuli
W procesach B-C ciepło jest absorbowane, aby stopić cały lód i zamienić go w wodę. W tym procesie następuje jedynie zmiana stanu skupienia, ale nie następuje zmiana temperatury. Temperatura lodu i wody utrzymuje się na poziomie 0 ° C.
Ilość ciepła pochłoniętego w procesach B–C obliczana jest przy użyciu wzoru na ciepło:
Q 2 = m L F = (0,2 kg) ( 336 000 J/kg) = 67200 dżuli
Ilość ciepła pochłoniętego w procesie A do C:
Q = Q 1 + Q 2 = 4200 dżuli + 67 200 dżuli = 71 400 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to C.
10. Spójrz na poniższy wykres wyników eksperymentu!
Jeżeli podgrzejemy 2 kg wody, a ciepło pary wodnej wynosi 2,27 x 10 6 J/kg, ciepło właściwe wody = 4.200 J/kg o C, a ciśnienie powietrza wynosi 1 atmosferę, to ilość ciepła potrzebna do przeprowadzenia procesu z punktu B do punktu C wynosi...
A. 3.360 kilodżuli
B. 4.540 kilodżuli
C. 4.876 kilodżuli
D. 5.212 kilodżuli
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa wody (m) = 2 kg
Ciepło pary wodnej (L V ) = 2,27 x 10 6 J/kg
Ciepło właściwe wody (c) = 4.200 J/kg o C
Pytanie: Ilość ciepła pochłoniętego w procesie od B do C.
Jawab:
W procesie A do B ciepło pochłonięte przez wodę jest wykorzystywane do podniesienia jej temperatury z 60 ° C do 100 ° C. Przy ciśnieniu powietrza wynoszącym 1 atmosferę temperatura wrzenia wody wynosi 100 ° C, a po osiągnięciu temperatury 100 ° C woda nie doświadcza już żadnych dalszych zmian temperatury, lecz przechodzi ze stanu ciekłego w gazowy.
W procesach B–C pochłonięte ciepło jest wykorzystywane do odparowania całej wody w postaci gazu. Ilość pochłoniętego ciepła oblicza się według wzoru:
Q = m L V = (2 kg)(2,27 x 10 6 J/kg) = 4,54 x 10 6 dżuli = 4540 x 10 3 dżuli = 4540 kilodżuli
Prawidłowa odpowiedź to B.
11.
Zwróć uwagę na poniższy wykres
Lód o masie 50 gramów ogrzewa się od -5°CoC do wody o temperaturze 60oC wody. Jeśli ciepło topnienia lodu = 80 cal/gram, ciepło właściwe lodu = 0,5 cal/gram oC, ciepło właściwe wody = 1 kal/gram oC, to ilość ciepła potrzebna do przeprowadzenia procesu z C do D wynosi….
A. 125 kalorii
B. 3.000 kalorii
C. 4.000 kalorii
D. 7.125 kalorii
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa lodu (m es) = 50 gramów
Temperatura lodu (T es) = -5 oC
Ciepło właściwe lodu (c es) = 0,5 kal/gram oC
Ciepło topnienia lodu (L lodu) = 80 kcal/gram
Temperatura wody (T woda) = 60 oC
Ciepło właściwe wody (c wody) = 1 cal/gram oC
Pytanie: Ile ciepła zużywa się w procesie C do D?
Jawab:
W procesie A do B temperatura lodu zmienia się z -5 oC zmienia się w 0 oC
W procesach od B do C cały lód zamienia się w wodę (ciało stałe zamienia się w ciecz). W tym procesie temperatura się nie zmienia.
W procesie C do D temperatura wody zmienia się od 0 oC zmienia się w 60 oC
Ciepło potrzebne w procesie A do B:
Q = mc ΔT
Q = (mes)(Ces)(0 – Tes)
Q = (50)(0,5)(0-(-5)) = (50)(0,5)(5) = 125 kalorii
Ciepło potrzebne w procesie B do C:
Q = mL
Q = mes Les
Q = (50)(80) = 4000 kalorii
Ciepło potrzebne w procesie C do D:
Q = mc ΔT
Q = (mpowietrze)(Cpowietrze)(Tpowietrze - 0)
Q = (50)(1)(60-0) = (50)(1)(60) = 3000 kalorii
Ciepło potrzebne w procesach A do D:
Q = 125 + 4000 + 3000
Q = 7125 kalorii
Autor oblicza ilość ciepła potrzebną do każdego procesu, aby pomóc zrozumieć, jak rozwiązać tego typu problem. Pytanie brzmi, ile ciepła potrzeba do przejścia z C do D.
Prawidłowa odpowiedź to B.
12.
Na podstawie wykresu obok liczby kalor Do przeprowadzenia reakcji ABC potrzebne są 3 kg lodu, czyli… (ciepło właściwe es = 2.100 J/kgoC, ciepło topnienia es = 336 000 J/kg)
A. 630 kJ
B. 819 kJ
ok. 1071 kJ
D.3276 kJ
Pembahasan
Powyższy wykres ilustruje proces zmiany stanu skupienia lodu w wodę.
W procesie AB ciepło jest wykorzystywane do podniesienia temperatury lodu od -10oC do 0oC.
Q = mc (delta T)
Q = (3)(2100)(0-(-10)) = (3)(2100)(10) = 63 000 dżuli = 63 kJ (kj = kilodżule)
W procesie BC ciepło jest wykorzystywane do stopienia całego lodu w wodę. W tym procesie temperatura lodu się nie zmienia.
Q = mLF
Q = (3)(336 000) = 1 008 000 dżuli
Ilość ciepła potrzebna do przekształcenia lodu w procesie ABC wynosi:
63 kJ + 1.008 kJ = 1071 kJ
Prawidłowa odpowiedź to C.
13.
Zwróć uwagę na wykres nagrzewania 500 gramów lodu w temperaturze -10oC poniżej! Jeśli ciepło właściwe lodu wynosi 2100 J/kgoC, ciepło właściwe wody 4.200 J/kgoC, a ciepło topnienia lodu wynosi 336 000 J/kg. Ile ciepła potrzeba do przeprowadzenia procesu BCD?
A. 31.500 J
B. 63.000 J
C. 168.000 J
D.231.000 J
Pembahasan
Masę lodu wyraża się w gramach, należy więc przeliczyć ją na kilogramy (jednostki międzynarodowe). 500 gramów = 0,5 kg.
W procesie BC ciepło jest wykorzystywane do roztopienia całego lodu i zamiany go w wodę.
Q = mLF
Q = (0,5)(336 000) = 1 008 000 dżuli
W procesie CD ciepło jest wykorzystywane do podniesienia temperatury wody od 0°CoC do 30oC
Q = mc (delta T)
Q = (0,5)(4200)(30-0) = (0,5)(4200)(30) = 63 000 dżuli
Ilość ciepła potrzebna do uzyskania lodu w procesie BCD:
168.000 dżuli + 63.000 dżuli = 231.000 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to D.
14.
Spójrz na poniższy wykres nagrzewania dla 1 kg lodu! Jeśli ciepło właściwe lodu wynosi 2.100 J/kg,oC, ciepło topnienia lodu wynosi 336 000 J/kg, a ciepło właściwe wody wynosi 4.200 J/kgoC, to ciepło potrzebne w procesie PQR wynosi…
A. 10.500 J
B. 21.000 J
C. 336.000 J
D.346.500 J
Pembahasan
W procesie PQ ciepło jest wykorzystywane do podniesienia temperatury lodu z -5°CoC do 0oC
Q = mc (delta T)
Q = (1)(2100)(0-(-5)) = (1)(2100)(5) = 10 500 dżuli
W procesie QR, ciepło jest wykorzystywane do roztopienia całego lodu i zamiany go w wodę.
Q = mLF
Q = (1)(336 000) = 1 008 000 dżuli
Ilość ciepła potrzebna do uzyskania lodu w procesie PQR wynosi:
10.500 dżuli + 336.000 dżuli = 346.500 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to D.
15. Spójrz na poniższy wykres nagrzewania 1 kg lodu!
Jeśli ciepło właściwe lodu wynosi 2.100 J/kg o C, ciepło topnienia lodu wynosi 336 000 J/kg, a ciepło właściwe wody wynosi 4.200 J/kg o C, to ciepło potrzebne w procesie PQR wynosi…
A. 10.500 J
B. 21.000 J
C. 336.000 J
D.346.500 J
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa lodu = 1 kg
Ciepło topnienia lodu (L F ) = 336 000 J/kg
Ciepło właściwe lodu (c es) = 2.100 J/kg o C
Ciepło właściwe wody (c wody) = 4.200 J/kg o C
Pytanie: Ciepło potrzebne w procesie PQR
Jawab:
W procesie P do Q ciepło jest wykorzystywane do podniesienia temperatury lodu od -5 o C do 0 o C. Ciepło oblicza się według wzoru: Q = mc ΔT, gdzie Q = ciepło, m = masa lodu, c = ciepło właściwe lodu, ΔT = zmiana temperatury od -5 o C do 0 o C.
Ciepło potrzebne w procesie P do Q:
Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 dżuli
W procesie Q do R ciepło jest wykorzystywane do stopienia całego lodu w wodę. W tym procesie temperatura się nie zmienia. Ciepło oblicza się według wzoru: Q = m L F , gdzie Q = ciepło, m = masa lodu, L F = ciepło topnienia lodu.
Ciepło potrzebne w procesie Q do R:
Q = m L F = (1)(336 000) = 336 000 dżuli
Całkowita liczba kalorii:
10 500 + 336 000 = 346 500 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to D.
Źródło pytania:
Pytania egzaminacyjne z przedmiotów ścisłych dla gimnazjum/gimnazjum islamskiego
