තාපය සහ අදියර වෙනස් වීම - ගැටළු සහ විසඳුම්
1. ප්‍රස්ථාරය මත පදනම්ව, CD ක්‍රියාවලියේදී 5-kg ජලය මගින් අවශෝෂණය කරන තාපය කොපමණද? ජලයේ නිශ්චිත තාපය = 4,200 J/kg o C.
දන්නා:
ස්කන්ධය (m) = 5 kg
ජලයේ නිශ්චිත තාපය (c) = 4200 J/kg o C
ආරම්භක උෂ්ණත්වය (T 1 ) = 0 o C
අවසාන උෂ්ණත්වය (T 2 ) = 10 o C
උෂ්ණත්වයේ වෙනස (ΔT) = 10 o C – 0 o C = 10 o C
අවශ්‍යයි: තාපය (Q)
විසඳුම:
Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg o C)(10 o C) = (5)(4200 J)(10) = (50)(4200 J) = ජූල් 210,000
2. අයිස්වල නිශ්චිත තාපය 2100 J/kg oC නම් සහ අයිස් සඳහා විලයන තාපය 336,000 J/kg නම්, AC ක්‍රියාවලියේදී අයිස් ග්‍රෑම් 20 ක් අවශෝෂණය කරන තාපය කොපමණද?
දන්නා:
අයිස් ස්කන්ධය (m) = ග්‍රෑම් 200 = කිලෝග්‍රෑම් 200/1000 = කිලෝග්‍රෑම් 0.2
නිශ්චිත තාපය (c) = 2100 J/kg o C
අයිස් සඳහා විලයන තාපය (L F ) = 336,000 J/kg
අවශ්‍යයි: AC ක්‍රියාවලියේදී අයිස් මගින් අවශෝෂණය කරන තාපය
විසඳුම:
AB ක්‍රියාවලියේදී, අයිස් මගින් තාපය අවශෝෂණය කර එහි උෂ්ණත්වය -10 o C සිට 0 o C දක්වා වෙනස් කරයි.
Q = mc ΔT
Q = තාපය, m = අයිස් ස්කන්ධය, c = අයිස්වල නිශ්චිත තාපය, ΔT = උෂ්ණත්වයේ වෙනස
Q 1 = mc ΔT = (0.2)(2100)(0-(-10) = (0.2)(2100)(10) = (2)(2100) = ජූල් 4200
BC ක්‍රියාවලියේදී, සියලු අයිස් ජලයට දිය කිරීම සඳහා තාපය අවශෝෂණය කර ගනී. මෙම ක්‍රියාවලියේදී අදියර පමණක් වෙනස් වන අතර උෂ්ණත්වයේ වෙනසක් සිදු නොවේ. අයිස් සහ ජල උෂ්ණත්වය 0 o C ලෙස පවතී.
BC ක්‍රියාවලියේදී අවශෝෂණය කරන ලද තාපය:
Q 2 = m L F = (0.2 kg)(336,000 J/kg) = 67,200 ජූල්
AC ක්‍රියාවලියේදී අවශෝෂණය වන තාපය:
Q = Q 1 + Q 2 = ජූල් 4200 + ජූල් 67,200 = ජූල් 71,400
3. 2-kg ජලය රත් කර, ජලය සඳහා වාෂ්පීකරණ තාපය = 2.27 x 10 6 J/kg, ජලය සඳහා නිශ්චිත තාපය = 4,200 J/kg oC සහ වායුගෝලීය පීඩනය 1 atm වේ, BC ක්‍රියාවලියේදී ජලය අවශෝෂණය කරන තාපය කොපමණද?
දන්නා:
ස්කන්ධය (m) = 2 kg
ජලය සඳහා වාෂ්පීකරණ තාපය (L V ) = 2.27 x 10 6 J/kg
ජලය සඳහා නිශ්චිත තාපය (c) = 4,200 J/kg o C
අවශ්‍යයි: BC ක්‍රියාවලියේදී තාපය අවශෝෂණය වේ.
විසඳුම:
AB ක්‍රියාවලියේදී, ජලයේ උෂ්ණත්වය 60 o C සිට 100 o C දක්වා වැඩි කිරීම සඳහා තාපය අවශෝෂණය කර ගනී.
Q = m L V = (2 kg)(2.27 x 10 6 J/kg) = 4.54 x 10 6 ජූල් = 4540 x 10 3 ජූල් = 4540 කිලෝ ජූල්
4. පහත රූපය මත පදනම්ව, අයිස් ස්කන්ධය ග්‍රෑම් 500 ක් නම්, නිශ්චිත තාපය 2100 J/kg oC වන අතර අයිස් විලයනයේ ගුප්ත තාපය 336,000 J/kg වේ. P–Q–R ක්‍රියාවලියේදී අවශ්‍ය තාපය තීරණය කරන්න.
දන්නා:
අයිස් ස්කන්ධය (m) = ග්‍රෑම් 500 = 500/1000 kg = 0.5 kg
අයිස් සඳහා නිශ්චිත තාපය (c) = 2100 J/kg o C
ගුප්ත විලයන තාපය (L F ) = 336,000 J/kg
අවශ්‍යයි: තාපය
විසඳුම:
ක්‍රියාවලිය PQ = අයිස් උෂ්ණත්වය -4 o C සිට 0 o C දක්වා ඉහළ නැංවීම සඳහා අවශෝෂණය කරන ලද තාපය
ක්‍රියාවලිය QR = සියලුම අයිස් ජලයට දිය කිරීමට අයිස් මගින් අවශෝෂණය කරන තාපය
ක්‍රියාවලියේදී අවශෝෂණය කරන ලද තාපය PQ සමීකරණය භාවිතයෙන් ගණනය කෙරේ:
Q = mc ΔT
Q = තාපය, m = ස්කන්ධය, c = අයිස්වල නිශ්චිත තාපය, ΔT = උෂ්ණත්වයේ වෙනස
මෙම සමීකරණය භාවිතයෙන් ගණනය කරන ලද PQ ක්‍රියාවලියේදී තාපය අවශෝෂණය කරන ලද අයිස්:
Q = (0.5 kg)(2100 J/kg o C)(0 o C-(-4 o C))
Q = (0.5 kg)(2100 J/kg o C)(0 o C + 4 o C)
Q = (0.5 kg)(2100 J/kg o C)(4 o C)
Q = (0.5)(2100 J)(4)
Q = 4200 ජූල්
QR ක්‍රියාවලිය අතරතුර අවශෝෂණය කරන ලද තාපය මෙම සමීකරණය භාවිතයෙන් ගණනය කෙරේ:
Q = m L F
Q = (කිලෝග්‍රෑම් 0.5)(336,000 J/kg)
Q = (0.5)(336,000 J)
Q = 168,000 ජූල්
මුළු තාපය:
Q = ජූල් 4200 + ජූල් 168,000
Q = 172,200 ජූල්
Q = කිලෝ 172.2 ජූල්
Q = 172.2 kJ
5. ග්‍රෑම් 50 ක ස්කන්ධයක් සහිත අයිස් -5 o C සිට 60 o C දී ජලයට රත් කරන්න . අයිස් සඳහා විලයන තාපය 80 cal/g නම්, අයිස් සඳහා නිශ්චිත තාපය 0.5 cal/g o C නම්, ජලය සඳහා නිශ්චිත තාපය 1 cal/g o C නම් , CD ක්‍රියාවලියේදී අවශ්‍ය තාපය තීරණය කරන්න.
දන්නා:
අයිස් ස්කන්ධය = ජල ස්කන්ධය (m) = ග්‍රෑම් 50 
අයිස් සඳහා ගුප්ත විලයන තාපය (L F ) = 80 cals/ග්‍රෑම්
අයිස් සඳහා නිශ්චිත තාපය (c අයිස්) = 0.5 cal/ග්‍රෑම් o C
ජලය සඳහා නිශ්චිත තාපය (c ජලය) = 1 cal/ග්‍රෑම් o C
අවශ්‍යයි: ක්‍රියාවලි CD තැටිය තුළ අවශ්‍ය තාපය
විසඳුම:
A සිට B දක්වා ක්‍රියාවලියේදී, අයිස්වල උෂ්ණත්වය -5 o C සිට 0 o C දක්වා ඉහළ නැංවීමට තාපය භාවිතා කරයි. තාපය ගණනය කරනු ලබන්නේ මෙම සමීකරණය භාවිතා කරමිනි: Q = mc ΔT, එහිදී Q = තාපය, m = අයිස් ස්කන්ධය, c = අයිස් සඳහා නිශ්චිත තාපය, ΔT = -5 o C සිට 0 o C දක්වා උෂ්ණත්වයේ වෙනස.
B සිට C දක්වා ක්‍රියාවලියේදී, සියලු අයිස් උණු කර ජලය බවට පත් කිරීමට තාපය භාවිතා කරයි. මෙම ක්‍රියාවලියේදී උෂ්ණත්වය වෙනස් නොවේ. මෙම සමීකරණය භාවිතයෙන් තාපය ගණනය කෙරේ: Q = m · L · F , එහිදී Q = තාපය, m = අයිස් ස්කන්ධය, L · F = අයිස් විලයනයේ ගුප්ත තාපය.
C සිට D දක්වා ක්‍රියාවලියේදී, ජලයේ උෂ්ණත්වය 0 o C සිට 60 o C දක්වා ඉහළ නැංවීමට තාපය භාවිතා කරයි. තාපය ගණනය කරනු ලබන්නේ මෙම සමීකරණය භාවිතා කරමිනි: Q = mc ΔT, එහිදී Q = තාපය, m = ජල ස්කන්ධය, c = ජලයේ නිශ්චිත තාපය, ΔT = 0 o C සිට 60 o C දක්වා උෂ්ණත්වයේ වෙනස.
C ක්‍රියාවලියේ සිට D ක්‍රියාවලිය දක්වා අවශ්‍ය තාපය:
Q = mc ΔT = (ග්‍රෑම් 50)(කැලරි/ග්‍රෑම් 1 o C)(60 o C-0 o C) = (50)(1)(60) කැලරි = කැලරි 3000
6. අයිස් ස්කන්ධය 1 kg නම්, අයිස්වල නිශ්චිත තාපය 2100 J/kg o C නම්, අයිස් සඳහා විලයනයෙහි ගුප්ත තාපය 336,000 J/kg සහ ජලයේ නිශ්චිත තාපය 4200 J/kg o C නම්, PQR ක්‍රියාවලියේදී අවශ්‍ය තාපය තීරණය කරන්න.
දන්නා:
අයිස් ස්කන්ධය = 1 kg
අයිස් විලයනයේ ගුප්ත තාපය (L F ) = 336,000 J/kg
අයිස්වල නිශ්චිත තාපය (c අයිස්) = 2,100 J/kg o C
ජලයේ නිශ්චිත තාපය (c ජලය) = 4,200 J/kg o C
අවශ්‍යයි: PQR ක්‍රියාවලියේදී අවශ්‍ය තාපය
විසඳුම:
P සිට Q දක්වා ක්‍රියාවලියේදී, අයිස්වල උෂ්ණත්වය -5 o C සිට 0 o C දක්වා ඉහළ නැංවීමට තාපය භාවිතා කරයි. තාපය ගණනය කරනු ලබන්නේ මෙම සමීකරණය භාවිතා කරමිනි: Q = mc ΔT, එහිදී Q = තාපය , m = අයිස් ස්කන්ධය , c = අයිස්වල නිශ්චිත තාපය , ΔT = -5 o C සිට 0 o C දක්වා උෂ්ණත්වයේ වෙනස.
P සිට Q දක්වා ක්‍රියාවලියේදී අවශ්‍ය තාපය:
Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 ජූල්
Q සිට R දක්වා ක්‍රියාවලියේදී, සියලුම අයිස් ජලයට දිය කිරීමට අවශ්‍ය තාපය. මෙම ක්‍රියාවලියේදී උෂ්ණත්වය නොවෙනස්ව පවතී. මෙම සමීකරණය භාවිතයෙන් තාපය ගණනය කෙරේ: Q = m · L · F , එහිදී Q = තාපය , m = අයිස් ස්කන්ධය , L · F = අයිස් විලයනයේ ගුප්ත තාපය.
Q සිට R දක්වා ක්‍රියාවලියේදී අවශ්‍ය තාපය:
Q = m L F = (1)(336,000) = 336,000 ජූල්
මුළු තාපය:
10,500 + 336,000 = ජූල් 346,500
- ගුප්ත තාපය යනු කුමක්ද?
- පිළිතුර: ගුප්ත තාපය යනු ද්‍රව්‍යයක උෂ්ණත්වය වෙනස් නොකර එහි අවධිය වෙනස් කිරීමට අවශ්‍ය තාප ශක්තියයි. එය අදියර වෙනස්වීම් වලදී අන්තර් අණුක බන්ධන බිඳ දැමීමට හෝ සෑදීමට අවශ්‍ය ශක්තිය නියෝජනය කරයි.
- අදියර වෙනසක් අතරතුර උෂ්ණත්වය නියතව පවතින්නේ ඇයි?
- පිළිතුර: අවධි වෙනසක් අතරතුර, සපයන ලද හෝ ඉවත් කරන ලද සියලුම තාප ශක්තිය ද්‍රව්‍යයේ අවධි වෙනස් කිරීමට යොදා ගනී. මෙම ශක්තිය ද්‍රව්‍යයේ චාලක ශක්තිය හෝ උෂ්ණත්වය වැඩි කිරීමට නොව, අන්තර් අණුක බන්ධන බිඳ දැමීමට හෝ සෑදීමට යොදා ගනී.
- විලයනයෙහි ගුප්ත තාපය සහ වාෂ්පීකරණයෙහි ගුප්ත තාපය අතර වෙනස කුමක්ද?
- පිළිතුර: විලයනයෙහි ගුප්ත තාපය යනු ද්‍රව්‍යයක් එහි ද්‍රවාංකයේදී ඝන තත්වයේ සිට ද්‍රව තත්වය දක්වා (හෝ අනෙක් අතට) වෙනස් කිරීමට අවශ්‍ය තාප ශක්තියයි. වාෂ්පීකරණයෙහි ගුප්ත තාපය යනු ද්‍රව්‍යයක් එහි තාපාංකයේදී ද්‍රව තත්වයේ සිට වායු තත්වය දක්වා (හෝ අනෙක් අතට) වෙනස් කිරීමට අවශ්‍ය තාප ශක්තියයි.
- සුළං සහිත දිනයක පිහිනුම් තටාකයකින් ගොඩ එන විට, වාතයේ උෂ්ණත්වය උණුසුම් වුවද, අපට සීතලක් දැනෙන්නේ ඇයි?
- පිළිතුර: අපගේ සමෙන් ජලය වාෂ්ප වන විට, එය ද්‍රවයේ සිට වාෂ්ප දක්වා අදියර වෙනසකට භාජනය වේ. මෙම ක්‍රියාවලියට ශක්තිය අවශ්‍ය වන අතර එය අපගේ සමෙන් තාපය ලෙස ලබා ගන්නා අතර එමඟින් අපගේ සම සිසිල් බවක් දැනේ.
- 100°C දී උණු වතුරට වඩා 100°C දී වාෂ්ප භයානක වන්නේ ඇයි?
- පිළිතුර: ජලයේ සිට වාෂ්පයට මාරුවීමේදී වාෂ්පීකරණයේ ගුප්ත තාපය අවශෝෂණය කර ඇති නිසා, වාෂ්පයේ උතුරන වතුරට වඩා වැඩි ශක්තියක් අඩංගු වේ. සම මත වාෂ්ප ඝනීභවනය වන විට, එය මෙම අමතර ශක්තිය මුදා හරින අතර, උතුරන වතුරට වඩා දරුණු පිළිස්සුම් ඇති කරයි.
- අයිස් වලට ලුණු එකතු කිරීමෙන් එහි ද්‍රවාංකය අඩු වන්නේ කෙසේද?
- පිළිතුර: ලුණු එකතු කිරීම අයිස්-ජල මිශ්‍රණය දියවීම සහ කැටි කිරීම අතර සමතුලිතතාවයට බාධා කරයි. මෙය සාමාන්‍ය උෂ්ණත්වයට වඩා අඩු උෂ්ණත්වයකදී වැඩි අයිස් දියවීමට හේතු වන අතර, මිශ්‍රණයේ කැටි කිරීමේ ස්ථානය ඵලදායී ලෙස අඩු කරයි.
- උණුසුම් දිනයක දහඩිය දැමීම ශරීරය සිසිල් කිරීමට උපකාරී වන්නේ ඇයි?
- පිළිතුර: සමෙන් වාෂ්ප වූ විට දහඩිය ද්‍රවයේ සිට වායුව දක්වා අදියර වෙනසකට භාජනය වේ. මෙම වාෂ්පීකරණ ක්‍රියාවලියට ශක්තිය අවශ්‍ය වන අතර එය සමෙන් ලබා ගන්නා අතර එමඟින් එය සිසිල් වේ.
- අදියර වෙනස්වීම් සන්දර්භය තුළ උපසිරැසිකරණය යනු කුමක්ද?
- පිළිතුර: උපසිරැසිකරණය යනු ද්‍රව අවධිය හරහා නොගොස් ඝන ද්‍රව්‍යයක සිට වායුවකට සෘජු අවධි වෙනස් වීමයි. පොදු උදාහරණයක් වන්නේ වියළි අයිස් (ඝන කාබන් ඩයොක්සයිඩ්) සෘජුවම කාබන් ඩයොක්සයිඩ් වායුව බවට සංක්‍රමණය වීමයි.
- උෂ්ණත්වය 0°C මට්ටමේ පැවතුනද අයිස් දියවීමට තාප ශක්තිය අවශ්‍ය වන්නේ ඇයි?
- පිළිතුර: අයිස් එහි ඝන ව්‍යුහය තුළ රඳවා තබා ගන්නා අන්තර් අණුක බන්ධන බිඳ දැමීමට තාප ශක්තිය භාවිතා වේ. මෙම බන්ධන කැඩී ගිය පසු, උෂ්ණත්වයේ වෙනසක් සිදු නොවුනත්, අයිස් ද්‍රව අවධියට සංක්‍රමණය වේ.
- ද්‍රවයක තාපාංකයට පීඩනය බලපාන්නේ කෙසේද?
- පිළිතුර: සාමාන්‍යයෙන්, බාහිර පීඩනය වැඩි කිරීමෙන් ද්‍රවයක තාපාංකය වැඩි වන අතර, පීඩනය අඩු කිරීමෙන් තාපාංකය අඩු වේ. වායුගෝලීය පීඩනය අඩු ඉහළ උන්නතාංශවල 100°C ට වඩා අඩු උෂ්ණත්වයකදී ජලය උතුරන්නේ මේ නිසාය.
