15 exemple de întrebări despre principiul lui Black
1. Gheață cu o masă de 0,2 kg este amestecată cu ceai cald cu o masă de 0,2 kg. Temperatura gheții = – 10 ° C, temperatura ceaiului cald = 40 ° C. Căldura specifică a gheții = 2100 J/kg C₂O₂ , căldura specifică a apei = 4200 J/kg C₂O₂ , căldura de topire a apei = 334.000 J/kg. Dacă gheața și ceaiul cald sunt amestecate într-un sistem închis izolat, determinați temperatura finală a amestecului.
Pembahasan
Este cunoscut :
Masa gheții (m² es) = 0,2 kg
Masa apei calde de ceai (m² ceai) = 0,2 kg
Căldura specifică a apei (c apă) = 4180 J/kg Co
Căldura specifică a gheții (c es) = 2100 J/kg Co
Căldura de topire a apei (L)f apă) = 334.000 J/kg
Temperatura gheții (T es) = -10oC
Temperatura apei calde pentru ceai (T ceai) = 40oC
Întrebat : temperatura finală a amestecului (T amestec) ?
Jawab :
Primul pas, estimarea stării finale.
Căldura care trebuie eliberată de apă pentru a coborî temperatura a 0,2 kg de ceai cald de la 40°CoC la 0oC:
Căldura absorbită de 0,2 kg de gheață pentru a-i crește temperatura de la -10oC la 0oC:
Căldura absorbită pentru topirea a 0,2 kg de gheață (căldura necesară pentru transformarea întregii gheațe în apă):
Pe baza calculelor de mai sus, s-au obținut următoarele rezultate:
Q eliberat = 33,444 kJ
Q primit = 4,2 kJ
Q de topire = 66,8 kJ
Când ceaiul fierbinte eliberează 33,44 kJ de căldură, temperatura ceaiului fierbinte se schimbă de la 40°C la 0°C. O parte din căldura eliberată (aproximativ 4,2 kJ) este utilizată pentru a crește temperatura gheții de la -10°C la 0°C . 33,44 kJ – 4,2 kJ = 29,24 kJ. Pentru a topi toată gheața și a o transforma în apă, sunt necesare 66,8 kJ de căldură. Căldura rămasă este de 29,24 kJ.
Se poate concluziona că, în cazul căldurii eliberate de ceaiul fierbinte, aceasta este folosită doar pentru a crește temperatura gheții de la -10 ° C la 0 ° C și pentru a topi o parte din ea. O parte din gheață s-a transformat în apă, în timp ce o parte nu. În timpul procesului de trecere de la solid la lichid, temperatura nu se modifică. Prin urmare, temperatura finală a amestecului este de 0 ° C.
2. Masa ceaiului fierbinte = 0,4 kg, masa gheții = 0,2 kg, temperatura cuburilor de gheață = -10oC, temperatura ceaiului fierbinte = 90oC. Dacă ambele sunt amestecate, care este temperatura finală a amestecului?
Pembahasan
Primul pas: estimarea stării finale
Căldura care trebuie eliberată de apă pentru a coborî temperatura a 0,4 kg de apă fierbinte pentru ceai de la 90°FoC la 0oC:
Căldura primită de 0,2 kg de gheață pentru a-i crește temperatura de la -10oC la 0oC:
Căldura necesară pentru topirea a 0,2 kg de gheață (căldura necesară pentru transformarea întregii gheațe în apă):
Pe baza calculelor de mai sus, s-au obținut următoarele rezultate:
Q eliberat = 150,48 kJ
Q primit = 4,2 kJ
Q de topire = 66,8 kJ
Când ceaiul fierbinte eliberează 150,48 kJ de căldură, temperatura ceaiului fierbinte se schimbă de la 90°C la 0°C. O parte din căldura eliberată (4,2 J) este utilizată pentru a crește temperatura gheții de la -10°C la 0°C. 150,48 kJ – 4,8 kJ = 146,28 kJ. Căldura rămasă = 146,28 kJ.
Căldura necesară pentru a topi toată gheața în apă este de doar 66,8 kJ. 146,28 kJ – 66,8 kJ = 79,48 kJ. Ceaiul fierbinte nu trebuie să-și elibereze toată căldura până când temperatura sa nu scade la 0.oC. În concluzie, temperatura finală a amestecului trebuie să fie mai mare de 0oC.
Al doilea pas: determinarea temperaturii finale (T)
Căldura necesară pentru a crește temperatura gheții de la -10oC la 0oC este de 4200 J.
Căldura necesară pentru topirea întregii gheți în apă (căldură latentă) = 66.800 J
Căldura necesară pentru a crește temperatura apei (apa rezultată din topirea întregii gheți) de la 0oDe la C la ToC = (masa gheții)(căldura specifică a apei)(T – 0) = (0,2)(4180)(T) = 836 T
Căldura eliberată de ceaiul cald pentru a-i scădea temperatura de la 90°C la T = (densitatea apei)(90-T) = (0,4)(4180)(90 – T) = 1672 (90-T) = 150.480 – 1672 T
3. 60 de grame de apă la o temperatură de 90 ° C (căldura specifică a apei = 1 cal.g⁻¹ . ° C⁻¹ ) se amestecă cu 40 de grame de apă similară la o temperatură de 25 ° C . Dacă nu există alți factori care afectează acest proces, atunci temperatura finală a amestecului este...
A. 15,4 oC
B. 23,0 oC
C. 46,0 oC
D. 64,0 oC
E. 77,0 oC
Pembahasan
Este cunoscut :
Masa apei 1 (m1) = 60 grame
Temperatura apei 1 (T1) = 90oC
Masa apei 2 (m2) = 40 grame
Temperatura apei 2 (T2) = 25oC
Căldură specifică apă (c) = 1 cal.g-1.oC-1
Întrebat : suhu amestec final
Jawab :
Căldura eliberată de apa la temperatură înaltă (Q eliberată) = căldura absorbită de apa la temperatură joasă (Q absorbită)
m1 c (ΔT) = m2 c (ΔT)
(60)(1)(90 – T) = (40)(1)(T – 25)
(60)(90 – T) = (40)(T – 25)
5400 – 60T = 40T – 1000
5400 + 1000 = 40T + 60T
6400 = 100T
T = 6400/100
T = 64oC
Răspunsul corect este D.
4. O bucată de aluminiu are o masă de 500 de grame și o temperatură de 30 oC este introdus într-un vas care conține apă cu o masă de 200 de grame și o temperatură de 90 oC. Dacă se știe căldura specifică a aluminiului este de 0,22 cal/g Co iar căldura specifică a apei este de 1 cal/g°Co, atunci temperatura finală a apei și a aluminiului este...
A. 20,3 oC
B. 42,2 oC
C. 68,7 oC
D. 80,5 oC
E. 100 oC
Discuție:
Unitatea de masă, grame (g), nu trebuie convertită în kilograme (kg), deoarece căldura specifică a aluminiului și căldura specifică a apei sunt exprimate în cal/g C.o.
Este cunoscut :
m aluminiu = 500 grame
aluminiu c = 0,22 cal/gCo
T aluminiu = 30 oC
m apă = 200 grame
apă c = 1 cal/gCo
T apă = 90 oC
Întrebat :
Temperatura finală (T) a apei și a aluminiului?
Jawab :
Formula căldurii : Q = (m)(c)(delta T)
Q apă = = (200 grame)(1 cal/gCo) (90 oC – T)
Q aluminiu = (500 grame)(0,22 cal/gCo)(T– 30 oC)
Formula de bază a lui Black : Q eliberat = Q absorbit
Apa are o temperatură inițială mai ridicată (90 oC) astfel încât apa eliberează căldură, aluminiul are o temperatură inițială mai scăzută (30 oC) astfel încât aluminiul să absoarbă căldura. Temperatura finală a amestecului de apă și aluminiu trebuie să fie mai mică decât temperatura inițială a apei și mai mare decât temperatura inițială a aluminiului.
(200 grame) (1 cal/gC)o) (90 oC – T) = (500 grame)(0,22 cal/g Co)(T– 30 oC)
(200)(1)(90-T) = (500)(0,22)(T-30)
(200)(90-T) = (110)(T-30)
18000 – 200 T = 110 T – 3300
18000 + 3300 = 110 T + 200 T
21300 = 310 T
T = 68,7 oC
Temperatura finală a combinației de apă și aluminiu este de 68,7 oC.
Răspunsul corect este C.
5. O piesă de metal cu o masă de 300 de grame la o temperatură de 80 oC scufundat în 200 de grame de apă la 40 oC. Căldura specifică a apei = 1 cal/g CoDacă temperatura finală a amestecului de metal și apă este de 50°Fo C și recipientul nu absoarbe căldură, atunci căldura specifică a metalului este…
A. 0,15 cal/g Co
B. 0,22 cal/g Co
C. 1,50 cal/g Co
D. 4,8 cal/g Co
E. 7,2 cal/g Co
Discuție:
Este cunoscut :
m metal = 300 grame
T metal = 80 oC
m apă = 200 grame
T apă = 40 oC
apă = 1 cal/g Co
T amestec final de metal și apă = 50 oC
Întrebat :
metal?
Jawab :
Q metal = (m)(c)(delta T) = (300 grame)(c metal)(80oC - 50oC) = (300 grame)(c metal)(30 Co)
Q apă = (m)(c)(delta T) = (200 grame)(1 cal/g Co) (60oC - 50oC) = (200 grame)(1 cal/g Co)(10°Co)
Formula de bază a lui Black : Q eliberat = Q absorbit
Metalul are o temperatură inițială mai ridicată (80 oC) astfel încât metalul eliberează căldură, apa are o temperatură inițială mai scăzută (40 oC) astfel încât apa să absoarbă căldura.
(300 grame)(metal))(30 Co) = (200 grame)(1 cal/g Co)(10°Co)
(300)(c)(30) = (200)(1)(10)
9000 c = 2000
c = 2000 / 9000
c = 0,22 cal/g Co
Căldura specifică a metalului este de 0,22 cal/g°Co.
Răspunsul corect este B.
6. Două bile identice au aceeași temperatură de 40°F (40°F). oC, cele două bile au mase de 10 grame, respectiv 40 grame. Ambele bile sunt plasate într-un fluid, astfel încât temperatura ambelor bile crește la 60oC. Dacă căldura specifică a bilei este de 2 cal/g Co și 1 calorie = 4,2 Jouli, atunci diferența de căldură absorbită de fiecare bilă este...
A. 5,04 x 103 joule
B. 7,50 x 103 joule
C. 10,6 x 103 joule
D. 40 x 103 joule
E. 42 x 103 joule
Discuție:
Este cunoscut :
m1 = 10 grame
m2 = 40 grame
T1 =T2 = 40 oC
T akhir = 60 oC
minge c = 2 cal/g Co
Întrebat :
Care este diferența de căldură absorbită de fiecare bilă?
Jawab :
Temperatura ambelor bile crește deoarece ambele bile trebuie să absoarbă căldură.
Q1 = (10 gr)(2 cal/g Co) (60oC–40oC) = (10 gr)(2 cal/g Co)(20°Co) = 400 cal = (400)(4,2 J) = 1680 Jouli
Q2 = (40 gr)(2 cal/g Co) (60oC–40oC) = (40 gr)(2 cal/g Co)(20°Co) = 1600 cal = (1600)(4,2 J) = 6720 Jouli
Diferența de căldură absorbită de fiecare bilă:
6720 J – 1680 J = 5040 J = 5,04 x 103 J
Răspunsul corect este A.
7. Apă cu o masă de 200 de grame la o temperatură de 30°C este amestecată cu apă clocotită cu o masă de 100 de grame și o temperatură de 90°C. (Căldura specifică a apei = 1 cal.gram -1 °C -1 ). Temperatura apei amestecate în momentul echilibrului termic este….
A. 10°C
B. 30°C
C. 50°C
D. 75°C
E. 150°C
Pembahasan
Se știe că :
Masa apei² (m² ) = 200 grame
Temperatura apei 1 (T1 ) = 30 ° C
Masa apei² (m² ) = 100 grame
Temperatura apei 2 (T2 ) = 90 ° C
Căldura specifică a apei (c) = 1 cal.gram −1 °C −1
Întrebare : temperatura finală a amestecului
Răspuns :
Căldura eliberată de apa la temperatură înaltă (Q eliberată) = căldura absorbită de apa la temperatură joasă (Q absorbită)
Răspunsul corect este C.
8. 60 de grame de apă la o temperatură de 90 ° C (căldura specifică a apei = 1 cal.g⁻¹ . ° C⁻¹ ) se amestecă cu 40 de grame de apă similară la o temperatură de 25 ° C . Dacă nu există alți factori care afectează acest proces, atunci temperatura finală a amestecului este...
A. 15,4 ° C
B. 23,0 ° C
C. 46,0 ° C
D. 64,0 ° C
E. 77,0 ° C
Pembahasan
Se știe că :
Masa apei² (m² ) = 60 grame
Temperatura apei 1 (T1 ) = 90 ° C
Masa apei² (m² ) = 40 grame
Temperatura apei 2 (T2 ) = 25 ° C
Căldura specifică a apei (c) = 1 cal.g⁻¹ . ° C⁻¹
Întrebare : temperatura finală a amestecului
Răspuns :
Căldura eliberată de apa la temperatură înaltă (Q eliberată) = căldura absorbită de apa la temperatură joasă (Q absorbită)
Răspunsul corect este D.
9. Gheața cu masa de M grame la temperatura de 0 ° C este introdusă în apă cu masa de 340 grame la temperatura de 20 ° C , care este plasată într-un vas special. Presupunem că vasul nu absoarbe/eliberează căldură. Dacă L gheață = 80 cal g⁻¹ , c apă = 1 cal g⁻¹ oC⁻¹ , toată gheața se topește și echilibrul termic este atins la temperatura de 5 ° C, atunci masa de gheață (M) este ...
A. 60 de grame
B. 68 de grame
C. 75 de grame
D. 80 de grame
E. 170 de grame
Pembahasan
Se știe că :
Masa apei (m) = 340 grame
Temperatura gheții (T es ) = 0 ° C
Temperatura apei (T apă ) = 20 ° C
Temperatura de echilibru termic (T) = 5 ° C
Căldura topirii gheții (L gheață ) = 80 cal g -1
Căldura specifică a apei (c apă ) = 1 cal g⁻¹ o C⁻¹
Întrebare : Masa gheții (M)
Răspuns :
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.
Căldura eliberată de apă (Q eliberată) = căldura absorbită de gheață (Q absorbită)
Răspunsul corect este A.
Catatan:
Dacă se afirmă că gheața are o temperatură de 0 °C, atunci apa este încă în formă solidă. Dacă se afirmă că apa are o temperatură de 0 ° C, atunci apa este în formă lichidă. Diferențiați utilizarea cuvintelor gheață și apă. Deoarece apa este încă în formă solidă sau gheață, căldura absorbită este folosită mai întâi pentru a topi toată gheața în apă, prin urmare, în partea dreaptă a ecuației de mai sus se adaugă o formulă pentru a calcula cantitatea de căldură necesară pentru topirea gheții (m es L es ). După ce toată gheața se topește în apă, se folosește căldură suplimentară pentru a crește temperatura gheții de la 0 ° C la 5 ° C.
10. Cuprul metalic, la o temperatură de 100 ° C, este introdus în apă cu o masă de 128 de grame și o temperatură de 30 ° C. Căldura specifică a apei este de 1 cal.g -1 °C -1 , iar căldura specifică a cuprului este de 0,1 cal.g -1 °C -1 . Dacă echilibrul termic are loc la o temperatură de 36 ° C, atunci masa metalului este….
A. 140 de grame
B. 120 de grame
C. 100 de grame
D. 80 de grame
E. 75 de grame
Pembahasan
Se știe că:
Temperatura cuprului (T1 ) = 100 ° C
Căldura specifică a cuprului (c1 ) = 0,1 cal.g⁻¹ ° C⁻¹
Masa apei (m² ) = 128 grame
Temperatura apei (T2 ) = 30 ° C
Căldura specifică a apei (c² ) = 1 cal· g⁻¹ ° C⁻¹
Temperatura de echilibru termic (T) = 36 ° C
Întrebare: Masa cuprului ( m1 )
Jawab:
Principiul lui Black afirmă că, în cazul unui obiect cu temperatură ridicată, căldura eliberată este egală cu căldura primită de un obiect cu temperatură scăzută.
Răspunsul corect este B.
11. Trei kilograme de plumb negru cu o căldură specifică de 1400 J.kg -1 C -1 la o temperatură de 80 ° C sunt scufundate în 10 kg de apă cu o căldură specifică de 4200 J.kg -1 C -1 . După atingerea echilibrului termic, temperatura finală a amestecului este de 20 ° C. Temperatura inițială a apei este….
A. 20 ° C
B. 18 ° C
C. 14 ° C
D. 12 ° C
E. 10 ° C
Pembahasan
Se știe că:
Masa plumbului (m1 ) = 3 kg
Căldura specifică a staniului (c1 ) = 1400 J.kg⁻¹ C⁻¹
Temperatura staniului (T1 ) = 80 ° C
Masa apei (m² ) = 10 kg
Căldura specifică a apei (c² ) = 4200 J.kg⁻¹ C⁻¹
Temperatura de echilibru termic (T) = 20 ° C
Dorită: Temperatura inițială a apei ( T2 )
Jawab:
Răspunsul corect este C.
12. O monedă de 50 de grame este încălzită la o temperatură de 85 ° C, apoi scufundată într-un vas care conține 50 de grame de apă la o temperatură de 29,8 ° C (căldura specifică a apei = 1 cal.g⁻¹ . ° C⁻¹ ) . Dacă temperatura finală a sistemului este de 37 ° C și presupunem că nu există nicio variație de căldură prin vas, atunci căldura specifică a metalului este...
A. 0,12 cal.g⁻¹.o C⁻¹
B. 0,30 cal.g⁻¹ . o C⁻¹
C. 1,50 cal.g -1 . o C -1
D. 4,8 cal.g⁻¹ . o C⁻¹
E. 7,2 cal.g⁻¹ . o C⁻¹
Pembahasan
Se știe că:
Masa monedei (m) = 50 grame
Temperatura inițială a monedei (T1 ) = 85 ° C
Masa apei (m) = 50 grame
Temperatura inițială a apei (T2 ) = 29,8 ° C
Căldura specifică a apei = 1 cal.g⁻¹ . ° C⁻¹
Temperatura finală a sistemului (T) = 37 ° C
Întrebare: Căldura specifică a metalului (c)
Jawab:
Principiul lui Black afirmă că, în funcție de căldura eliberată, căldura este absorbită. Moneda eliberează căldura, iar apa absoarbe căldura, până când se atinge echilibrul termic.
Toate unitățile sunt exprimate în grame, deci nu este nevoie să se convertească unitățile.
Q eliberat = Q absorbit
m metal c ΔT = m apă c ΔT
(50)(c)(85-37) = (50)(1)(37-29,8)
(50)(c)(48) = (50)(7,2)
(50)(c)(48) = (50)(7,2)
(c)(48) = 7,2
c = 7,2 / 48
c = 0,15 cal.g⁻¹ . o C⁻¹
13. Cuprul metalic, la o temperatură de 100 ° C , este introdus în apă cu o masă de 128 de grame și o temperatură de 30 ° C. Căldura specifică a apei este de 1 cal.g⁻¹ oC⁻¹ , iar căldura specifică a cuprului este de 0,1 cal.g⁻¹ oC⁻¹ . Dacă echilibrul termic are loc la o temperatură de 36 ° C, atunci masa metalului este….
A. 140 de grame
B. 120 de grame
C. 100 de grame
D. 80 de grame
E. 75 de grame
Pembahasan
Se știe că:
Temperatura cuprului (T1) = 100 oC
Căldura specifică a cuprului (c1) = 0,1 cal.g-1 oC-1
Masa apei (m2) = 128 grame
Temperatura apei (T2) = 30 oC
Căldura specifică a apei (c2) = 1 cal.g-1 oC-1
Temperatura de echilibru termic (T) = 36 oC
Întrebare: Masa cuprului (m1)
Jawab:
Principiul lui Black afirmă că, în cazul unui obiect cu temperatură ridicată, căldura eliberată este egală cu căldura primită de un obiect cu temperatură scăzută.
Q cupru = Q apă
m1 c1 ΔT = m2 c2 ΔT
(m1)(0,1)(100-36) = (128)(1)(36-30)
(m1)(0,1)(64) = (128)(1)(6)
(m1)(6,4) = 768
m1 = 768 / 6,4
m1 = 120
Masa cuprului este de 120 de grame.
Răspunsul corect este B.
14. Trei kilograme de plumb negru cu o căldură specifică de 1400 J.kg -1 C -1 la o temperatură de 80 ° C sunt scufundate în 10 kg de apă cu o căldură specifică de 4200 J.kg -1 C -1 . După atingerea echilibrului termic, temperatura finală a amestecului este de 20 ° C. Temperatura inițială a apei este….
A. 20 oC
B. 18 oC
C. 14 oC
D. 12 oC
E. 10 oC
Pembahasan
Se știe că:
Masa plumbului (m1) = 3 kg
Căldura specifică a staniului (c1) = 1400 J.kg-1 C-1
Temperatura staniului (T1) = 80 oC
Masa apei (m2) = 10 kg
Căldura specifică a apei (c2) = 4200 J.kg-1 C-1
Temperatura de echilibru termic (T) = 20 oC
Dorită: Temperatura inițială a apei (T2)
Jawab:
Q eliberat = Q primit
Q staniu = Q apă
m1 c1 ΔT = m2 c2 ΔT
(3)(1.400)(80-20) = (10)(4.200)(20-T)
(4.200)(60) = (42.000)(20-T)
252.000 = 840.000 – 42.000 T
42.000 T = 840.000 – 252.000
42.000 T = 588.000
T = 588.000/42.000
T = 14
Temperatura inițială a apei este de 14oC.
Răspunsul corect este C.
15. Gheața cu masa de M grame la temperatura de 0 ° C este introdusă în apă cu masa de 340 grame la temperatura de 20 ° C , care este plasată într-un vas special. Presupunem că vasul nu absoarbe/eliberează căldură. Dacă L gheață = 80 cal g⁻¹ , c apă = 1 cal g⁻¹ oC⁻¹ , toată gheața se topește și echilibrul termic este atins la temperatura de 5 ° C, atunci masa de gheață (M) este ...
A. 60 de grame
B. 68 de grame
C. 75 de grame
D. 80 de grame
E. 170 de grame
Pembahasan
Este cunoscut :
Masa apei (m) = 340 grame
Temperatura gheții (Tes) = 0oC
Uscat apă (Taer) = 20oC
Temperatura de echilibru termic (T) = 5oC
Căldura de topire a gheții (Les) = 80 cal/g-1
Căldura specifică a apei (caer) = 1 cal/g-1 oC-1
Întrebat Masa gheții (M)
Jawab :
Principiul Negru afirmă că într-un sistem închis izolat, căldura eliberată de un obiect cu temperatură ridicată este aceeași cu căldura absorbită de un obiect cu temperatură scăzută.
Căldura eliberată de apă (Q eliberată) = căldura absorbită de gheață (Q absorbită)
maer caer (T) = mes Les +mes caer (T)
(340)(1)(20-5) = M(80) + M(1)(5-0)
(340)(15) = 80M + 5M
5100 = 85M
M = 5100/85
M = 60 de grame
Răspunsul corect este A.
Catatan:
Dacă se afirmă că gheața are o temperatură de 0o atunci apa este încă în formă solidă. Dacă se afirmă că temperatura apei este 0oC atunci apa este în formă lichidă. Diferențiați utilizarea cuvintelor gheață și apă. Deoarece apa este încă în formă solidă sau de gheață, căldura absorbită prima este folosită pentru a topi toată gheața în apă, prin urmare, în partea dreaptă a ecuației de mai sus, se adaugă o formulă pentru a calcula cantitatea de căldură necesară pentru topirea gheții (mes LesDupă ce toată gheața s-a topit și s-a transformat în apă, se folosește căldură suplimentară pentru a crește temperatura gheții de la 0oC devine 5oC.
Sursa întrebării:
Întrebări de fizică pentru examenul național de liceu/liceu vocațional
