Pochopenie princípov černochov
Ak zmiešame horúcu a studenú vodu v otvorenej nádobe (napríklad vo vedre), teplo sa prenesie z horúcej vody do studenej vody. Pretože je nádoba otvorená, časť tepla sa prenesie do vzduchu. Nádoba sa tiež oteplí. Teplo uvoľnené horúcou vodou nie je absorbované len studenou vodou, ale aj vzduchom a nádobou. V tomto prípade je vedro neizolovaný systém.
Keď zmiešame horúcu a studenú vodu v uzavretej termoske, teplo sa prenáša z horúcej vody do studenej vody. Termoska je izolovaný systém , takže sa žiadne teplo neprenáša do vzduchu ani do termosky. Teplo uvoľnené horúcou vodou je jednoducho absorbované studenou vodou, kým zmes nedosiahne tepelnú rovnováhu.
Blackov princíp hovorí, že v izolovanom uzavretom systéme je teplo uvoľnené objektom s vysokou teplotou rovnaké ako teplo absorbované objektom s nízkou teplotou.
Blackov základný vzorec
Qlepas = Qabsorbovať
Popis: Qlepas = teplo uvoľnené objektom s vysokou teplotou, Qabsorbovať = teplo absorbované objektmi s nízkou teplotou.
Príklady otázok k Blackovmu princípu
1. Kus horúceho železa s hmotnosťou 1 kg a teplotou 100 oC sa vloží do nádoby obsahujúcej vodu s hmotnosťou 2 kg a teplotou 20 oC. Aká je konečná teplota zmesi? Merná tepelná kapacita železa = 450 J/kg Comerná tepelná kapacita vody = 4200 J/kg Co.
Diskusia:
Je známe :
m železa = 1 kg, Tbesi = 100 oC, m vody = 2 kg, Tvzduch = 20 oC, c železa = 450 J/kg Co, c vody = 4200 J/kg Co.
Opýtal sa :
T mix?
Džavab :
Železo má vyššiu teplotu ako voda, takže železo uvoľňuje teplo, zatiaľ čo voda teplo absorbuje.
(m)(c)(delta T) = (m)(c)(delta T)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400T – 168000
45000 + 168000 = 8400 T + 450 T
42 000 = 8850 T
T = 213000 : 8850
T = 24 oC
Suhu Konečná teplota zmesi horúceho železa a studenej vody, keď sú obe v tepelnej rovnováhe, je 24 °C. oC.
2. Otázka č. 20 z celoštátnej skúšky z fyziky pre akademický rok 2015/2016
75 gramov vody s teplotou 0 ° C sa zmieša s 50 gramami vody tak, aby teplota zmesi bola 40 ° C, takže počiatočná teplota 50 gramov vody je...
A. 125 ° C
B. 120 ° C
110 ° C
D. 100 ° C
E. 80 ° C
Diskusia
Je známe, že:
Hmotnosť vody 1 (m 1 ) = 75 gramov
Počiatočná teplota vody 1 (T1 ) = 0 ° C
Hmotnosť vody 2 (m 2 ) = 50 gramov
Konečná teplota zmesi (T) = 40 ° C
Jednotky hmotnosti sú rovnaké, takže nie je potrebný žiadny prepočet.
Požadovaná: Počiatočná teplota vody 2 ( T2 )
Odpoveď:
Blackov princíp hovorí, že v izolovanom uzavretom systéme sa teplo uvoľnené objektom s vysokou teplotou rovná teplu absorbovanému objektom s nízkou teplotou.
uvoľnený Q = absorbovaný Q
m1c ( ΔT1 ) = m2c ( ΔT2 )
Merná tepelná kapacita vody je rovnaká, takže c sa z rovnice vylúči.
m1 ( ΔT1 ) = m2 ( ΔT2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T2 – 40)
(75)(40) = (50)(T2 – 40)
3000 = 50 T 2 – 2000
42 000 + 21 000 = 50 T2
63 000 = 50 T2
T2 = 100
Správna odpoveď je D.
3. Otázka č. 20 z celoštátnej skúšky z fyziky pre akademický rok 2015/2016 SMA/MA
200 gramový kov sa zahreje na 120 ° C a potom sa vloží do 100 gramov vody s teplotou 30 ° C. Po dosiahnutí rovnováhy sa teplota zmesi zmení na 60 ° C. Ak je merná tepelná kapacita vody 4200 J.kg -1 ° C -1 , potom je merná tepelná kapacita kovu...
A. 10,5 J.kg⁻¹ 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
Diskusia
Prevod jednotiek hmotnosti z gramov na kilogramy (Medzinárodná sústava jednotiek)
Je známe, že:
Hmotnosť kovu (m1 ) = 200 gramov = 0,2 kg
Teplota kovu (T1 ) = 120 ° C
Hmotnosť vody (m² ) = 100 gramov = 0,1 kg
Teplota vody (T2 ) = 30 ° C
Konečná teplota zmesi (T) = 60 ° C
Merná tepelná kapacita vody (c² ) = 4200 J.kg⁻¹ ° C⁻¹
Otázka: Merná tepelná kapacita kovu ( c1 )
Odpoveď:
uvoľnený Q = absorbovaný Q
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
Správna odpoveď je D.
4. Otázky k národnej skúške SMA/MA 2018
Do hrnca obsahujúceho 400 ml vody s teplotou 35 ° C sa naleje 250 ml vriacej vody (100 ° C) . Po dosiahnutí tepelnej rovnováhy je teplota zmesi… (merná tepelná kapacita vody 1,0 cal.gr⁻¹ ° C⁻¹ ).
Diskusia
Je známe:
Teplota teplej vody = 100 ° C
Objem horúcej vody = 250 ml = 0,25 litra = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³ ) = 250 cm³
Teplota studenej vody = 35 ° C
Objem studenej vody = 400 ml = 0,4 litra = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³ ) = 400 cm³
Merná tepelná kapacita vody = 1,0 cal.gr⁻¹ . ° C⁻¹
Hustota vody = 1 gr/ cm³
Otázka: Teplota zmesi
Džaváb:
Vypočítajte hmotnosť horúcej a studenej vody pomocou vzorca pre hustotu:
m = ρV
m = hmotnosť, ρ = hustota, V = objem
Hmotnosť horúcej vody: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (250 cm³ ) = 250 gramov
Hmotnosť studenej vody: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (400 cm³ ) = 400 gramov
Vypočítajte teplotu zmesi pomocou Blackovho hlavného vzorca:
Teplo absorbované studenou vodou = teplo uvoľnené horúcou vodou
mcΔT = mcΔT
Merná tepelná kapacita je rovnaká, takže sa z rovnice vylučuje.
mΔT = mΔT
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000 650 / XNUMX XNUMX
T = 60 ° C
