Принцип Блэка – проблемы и решения
1. 200 грамм воды при 30 °C смешать со 100 граммами воды при 90 °C. удельная теплоемкость воды = 1 кал.грамм-1° C-1Определите конечную температуру смеси!
Известно:
Масса воды 2 (м)1) = 200 грамм
Температура воды 1 (Т)1) = 30oC
Масса воды 2 (м)2) = 100 грамм
Температура воды 2 (Т)2) = 90oC
Удельная теплоемкость воды (c) = 1 кал·грамм-1° C-1
В розыске: Конечная температура
решение:
зной выпущено компанией Hooter Water (Q)2) = тепло, поглощенное более холодной водой (Q)1)
m2 c (ΔT) = m1 c (ΔT)
(100)(1)(90 – T) = (200)(1)(T – 30)
(100)(90 – T) = (200)(T – 30)
9000 – 100Т = 200Т – 6000
9000 + 6000 = 200T + 100T
15000 = 300Т
Т = 15000/300
T = 50oC
2. 60 грамм при 90oС, смешанный с 40 граммами воды при 25oC. Какова конечная температура смеси? Удельная теплоемкость воды = 1 кал.г-1.oC-1.
Известно:
Масса воды 1 (м)1) = 60 грамм
Температура воды 1 (Т)1) = 90oC
Масса воды 2 (м)2) = 40 грамм
Температура воды 2 (Т)2) = 25oC
Удельная теплоемкость воды (c) = 1 кал.г-1.oC-1
В розыске: Конечная температура
решение:
Тепло, выделяемое водой из гудок (Q)2) = тепло, поглощенное более холодной водой (Q)1)
m1 c (ΔT) = m2 c (ΔT)
(60)(1)(90 – T) = (40)(1)(T – 25)
(60)(90 – T) = (40)(T – 25)
5400 – 60Т = 40Т – 1000
5400 + 1000 = 40T + 60T
6400 = 100Т
Т = 6400/100
T = 64oC
3. М-грамм льда при 0oС поместили в 340 грамм воды при температуре 20°C.oC в конкретном контейнере. Скрытая теплота плавления (L)лёд) = 80 кал г-1удельная теплоемкость воды (°C)Водяные) = 1 кал г-1 oC-1Весь лед тает, и тепловое равновесие равно 5.oC. Найдите массу льда.
Известно:
Масса воды (м) = 340 грамм
Температура льда (Т)лёд) = 0oC
Температура воды (Т)Водяные) = 20oC
Температура теплового равновесия (Т) = 5oC
Скрытая теплота плавления льда (л)лёд) = 80 кал г-1
Удельная теплоемкость воды (°C)Водяные) = 1 кал г-1 oC-1
В розыске: Масса льда (М)
решение:
Тепло, выделяемое водой (Q)2) = тепло, поглощенное льдом (Q)1)
mВодяные cВодяные (ΔT) = млёд Lлёд + млёд cВодяные (ΔТ)
(340)(1)(20-5) = M (80) + M (1)(5-0)
(340)(15) = 80M + 5M
5100 = 85М
М = 5100/85
М = 60 грамм
4. Медь при 100oС поместили в 128 грамм воды при температуре 30°C. oC. Удельная теплоемкость воды составляет 1 кал.г.-1oC-1 Удельная теплоемкость меди составляет 0.1 кал.г.-1oC-1Если температура теплового равновесия равна 36 oC. Какова масса меди?
Известно:
Температура меди (Т)1) = 100 oC
Удельная теплоемкость меди (с)1) = 0.1 кал.г-1oC-1
Масса воды (м³)2) = 128 грамм
Температура воды (Т)2) = 30 oC
Удельная теплоемкость воды (°C)2) = 1 кал.г-1oC-1
Температура теплового равновесия (Т) = 36 oC
В розыске: Масса меди (м)1)
решение:
Q меди = Q воды
m1 c1 ΔT = м2 c2 Delta; t
(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 грамм
5. Удельная теплоемкость свинца массой 3 кг составляет 1400 Дж/кг.-1C-1 в 80oС помещен в 10 кг воды, удельная теплоемкость которой составляет 4200 Дж/кг.-1C-1Температура теплового равновесия составляет 20°C.oВ. Какова начальная температура воды?
Известно:
Масса свинца (м)1) = 3 кг
Удельная теплоемкость свинца (с)1) = 1400 Дж·кг-1C-1
Температура свинца (Т)1) = 80 oC
Масса воды (м³)2) = 10 кг
Удельная теплоемкость воды (°C)2) = 4200 Дж·кг-1C-1
Температура теплового равновесия (Т) = 20 oC
В розыске: Начальная температура воды (Т)2)
решение:
Высвобождение Q = поглощение Q
Q свинец = Q вода
m1 c1 ΔT = м2 c2 Delta; t
(3)(1400)(80-20) = (10)(4200)(20-T)
(4200)(60) = (42,000)(20-T)
252,000 = 840,000 – 42,000 Т
42 000 Т = 840 000 – 252 000
42,000 Т = 588,000
Т = 588,000/42,000
T = 14
Начальная температура воды составляет 14°C.oC.
6. 75 граммов воды при 0oСмесь C смешали с 50 граммами воды, так что температура смеси составила 40°C.oC. Какова начальная температура 50 грамм воды?
Известно:
Масса воды 1 (м)1) = 75 грамм
Начальная температура воды 1 (T)1) = 0oC
Масса воды 2 (м)2) = 50 грамм
Температура смеси (Т) = 40oC
В розыске: Начальная температура воды 2 (T)2)
решение:
Тепло, выделяемое водой из гудок (Q)освободить) = тепло, поглощенное более холодной водой (Q)поглощает)
m1 c (ΔT1) = м2 c (ΔT2)
m1 (ΔТ1) = м2 (ΔТ2)
(75)(40 – 0) = (50)(T2 - 40)
(75)(40) = (50)(Т2 - 40)
3000 = 50 Т2 -2000
3000 + 2000 = 50 Т2
5000 = 50 Т2
T2 = 100 oC
7. Металл массой 200 грамм, нагретый до 120°C.oC, затем поместили в 100 грамм воды при температуре 30°C.oC. Температура смеси в состоянии теплового равновесия составляет 60°C.oC. Если удельная теплоемкость воды составляет 4200 Дж/кг-1°C-1Какова удельная теплоемкость металла?
решение:
Перевод единиц массы из граммов в килограммы (международные единицы).
Известно:
Масса металла (м)1) = 200 грамм = 0.2 кг
Температура металла (Т)1) = 120oC
Масса воды (м³)2) = 100 грамм = 0.1 кг
Температура воды (Т)2) = 30oC
Температура смеси (Т) = 60oC
Удельная теплоемкость воды (°C)2) = 4200 Дж·кг-1°C-1
В розыске: Удельная теплоемкость металла (°C)1)
решение:
Qосвободить = Qпоглощать
m1 c1 (ΔТ1) = м2 c2 (ΔТ2)
(0.2)(c1)(120 – 60) = (0.1)(4200)(60 – 30)
(0.2)(c1)(60) = (0.1)(4200)(30)
12 с1 = 12600
c1 = 12600 / 12
c1 = 1050
1. Вопрос: Кем был Джозеф Блэк? Ответ: Джозеф Блэк был шотландским врачом и химиком XVIII века, известным своими открытиями скрытой теплоты, удельной теплоемкости и углекислого газа.
2. Вопрос: Что такое скрытая теплота? Ответ: Скрытая теплота — это количество энергии, поглощаемой или выделяемой веществом при изменении фазового состояния, например, при плавлении или кипении, без изменения его температуры.
3. Вопрос: Чем отличается скрытая теплота от явной теплоты? Ответ: В то время как явная теплота вызывает изменение температуры вещества без изменения фазового состояния, скрытая теплота вызывает изменение фазового состояния без изменения температуры.
4. Вопрос: Какое значение имели эксперименты Блэка по изучению скрытой теплоты для термодинамики? Ответ: Работа Блэка заложила фундаментальное понимание тепловой энергии и ее сохранения, проложив путь для дальнейших достижений в термодинамике и калориметрии.
5. Вопрос: Почему лед при 0°C и вода при 0°C обладают разным количеством тепловой энергии? Ответ: Для превращения льда при 0°C в воду при 0°C необходимо поглотить скрытую теплоту плавления. Таким образом, вода при 0°C обладает большей тепловой энергией, чем лед при той же температуре, благодаря этой поглощенной скрытой теплоте.
6. Вопрос: Что такое удельная теплоемкость? Ответ: Удельная теплоемкость — это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры единицы массы вещества на один градус Цельсия или Кельвина.
7. Вопрос: Как работа Блэка по удельной теплоемкости привела к пониманию различий в теплоемкости веществ? Ответ: Блэк обнаружил, что для достижения одинакового изменения температуры при одинаковых массах различных веществ требуется разное количество теплоты. Это наблюдение положило начало понятию удельной теплоемкости веществ.
8. Вопрос: Почему концепция скрытой теплоты имеет решающее значение в погодных системах? Ответ: Скрытая теплота играет важную роль в погодных системах из-за энергии, затрачиваемой на фазовые переходы воды, такие как испарение и конденсация. Этот перенос энергии влияет на температуру, образование облаков и погодные условия.
9. Вопрос: Какое оборудование использовал Джозеф Блэк для измерения изменений температуры в своих экспериментах? Ответ: В своих экспериментах Блэк использовал простой калориметр — прибор для измерения изменения теплоты — для количественной оценки количества поглощенного или выделенного тепла.
10. Вопрос: Каким образом открытие Блэком углекислого газа (который он назвал «фиксированным воздухом») способствовало развитию химии? Ответ: Идентификация Блэком углекислого газа как отдельного газа, отличного от атмосферного воздуха, сыграла решающую роль в развитии газовой химии и проложила путь к пониманию химических реакций с участием газов.
