Înțelegerea principiilor afro-americane
Dacă amestecăm apă caldă și apă rece într-un recipient deschis (de exemplu, o găleată), căldura se transferă de la apa caldă la apa rece. Deoarece recipientul este deschis, o parte din căldură se transferă în aer. Recipientul se încălzește și mai tare. Căldura eliberată de apa caldă nu este absorbită doar de apa rece, ci și de aer și de recipient. În acest caz, găleata este un sistem neizolat.
Când amestecăm apă caldă și apă rece într-un termos închis, căldura se transferă de la apa caldă la apa rece. Termosul este un sistem izolat , deci nu se transferă căldură în aer sau în termos. Căldura eliberată de apa caldă este pur și simplu absorbită de apa rece până când amestecul atinge echilibrul termic.
Principiul lui Black afirmă că într-un sistem închis izolat, căldura eliberată de un obiect cu temperatură ridicată este egală cu căldura absorbită de un obiect cu temperatură scăzută.
Formula de bază a lui Black
Qlepas = Qmiraj
Descriere: Qlepas = căldura eliberată de un obiect cu temperatură ridicată, Qmiraj = căldură absorbită de obiecte cu temperatură scăzută.
Exemple de întrebări despre principiul lui Black
1. O bucată de fier încins cu o masă de 1 kg și o temperatură de 100 oC este introdus într-un recipient care conține apă cu o masă de 2 kg și o temperatură de 20 oC. Care este temperatura finală a amestecului? Căldura specifică a fierului = 450 J/kg Co, căldura specifică a apei = 4200 J/kg Co.
Discuție:
Este cunoscut :
m fier = 1 kg, Tstoc = 100 oC, m apă = 2 kg, Taer = 20 oC, c fier = 450 J/kg Co, c apă = 4200 J/kg Co.
Întrebat :
Amestec T?
Jawab :
Fierul are o temperatură mai ridicată decât apa, așadar fierul eliberează căldură, apa absoarbe căldură.
(m)(c)(delta T) = (m)(c)(delta T)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 T + 450 T
213000 = 8850 T
T = 213000 : 8850
T = 24 oC
Uscat Temperatura finală a unui amestec de fier fierbinte și apă rece, când ambele sunt în echilibru termic, este de 24°F. oC.
2. Întrebarea nr. 20 a examenului național de fizică SMA/MA 2015/2016
75 de grame de apă la temperatura de 0 ° C se amestecă cu 50 de grame de apă astfel încât temperatura amestecului să fie de 40 ° C, deci temperatura inițială a celor 50 de grame de apă este...
A. 125 ° C
B. 120 ° C
C. 110 ° C
D. 100 ° C
E. 80 ° C
Pembahasan
Se știe că:
Masa apei² (m² ) = 75 grame
Temperatura inițială a apei 1 (T1 ) = 0 ° C
Masa apei² (m² ) = 50 grame
Temperatura finală a amestecului (T) = 40 ° C
Unitățile de masă sunt aceleași, deci nu este necesară nicio conversie.
Dorită: Temperatura inițială a apei 2 ( T2 )
Jawab:
Principiul lui Black afirmă că într-un sistem închis izolat, căldura eliberată de un obiect cu temperatură ridicată este egală cu căldura absorbită de un obiect cu temperatură scăzută.
Q eliberat = Q absorbit
m⁻c ( ΔT⁻ ) = m⁻c ( ΔT₂ )
Căldura specifică a apei este aceeași, deci c este eliminat din ecuație.
m₁ ( ΔT₁ ) = m₂ ( ΔT₂ )
(75)(40 – 0) = (50)(T² – 40)
(75)(40) = (50)(T² – 40)
3000 = 50 T² – 2000
3000 + 2000 = 50 T²
5000 = 50 T²
T2 = 100
Răspunsul corect este D.
3. Întrebarea nr. 20 la examenul național de fizică SMA/MA 2015/2016
Un metal de 200 de grame este încălzit la 120 ° C, apoi introdus în 100 de grame de apă la o temperatură de 30 ° C. După echilibru, temperatura amestecului devine 60 ° C. Dacă căldura specifică a apei este de 4200 J.kg -1 ° C -1 , atunci căldura specifică a metalului este...
A. 10,5 J.kg -1o 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
Pembahasan
Conversia unităților de masă din grame în kilograme (Sistemul Internațional de Unități)
Se știe că:
Masa metalului (m1 ) = 200 grame = 0,2 kg
Temperatura metalului (T1 ) = 120 ° C
Masa apei (m² ) = 100 grame = 0,1 kg
Temperatura apei (T2 ) = 30 ° C
Temperatura finală a amestecului (T) = 60 ° C
Căldura specifică a apei (c² ) = 4200 J.kg⁻¹ o C⁻¹
Întrebare: Căldura specifică a metalului ( c1 )
Jawab:
Q eliberat = Q absorbit
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
Răspunsul corect este D.
4. Întrebări pentru examenul național din 2018 pentru liceu/liceu vocațional
250 ml de apă clocotită (100 ° C) se toarnă într-o cratiță care conține 400 ml de apă la o temperatură de 35 ° C . După ce se realizează echilibrul termic, temperatura amestecului este... (căldura specifică a apei 1,0 cal.gr⁻¹ . ° C⁻¹ )
Pembahasan
Se știe:
Temperatura apei calde = 100 ° C
Volumul de apă fierbinte = 250 ml = 0,25 litri = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³ ) = 250 cm³
Temperatura apei reci = 35 ° C
Volumul de apă rece = 400 ml = 0,4 litri = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³ ) = 400 cm³
Căldura specifică a apei = 1,0 cal.gr⁻¹ . ° C⁻¹
Densitatea apei = 1 gr/ cm³
Întrebare: Temperatura amestecului
Jawab:
Calculați masa apei calde și reci folosind formula densității:
m = ρV
m = masă, ρ = densitate, V = volum
Masa apei fierbinți: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (250 cm³ ) = 250 grame
Masa apei reci: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (400 cm³ ) = 400 grame
Calculați temperatura amestecului folosind formula principiului lui Black:
Căldura absorbită de apa rece = căldura eliberată de apa caldă
mc ΔT = mc ΔT
Căldura specifică este aceeași, deci este eliminată din ecuație.
mΔT = mΔT
(400)(T - 35) = (250)(100 - T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000/650
T = 60 ° C
