15 príkladov Blackových princípových otázok
1. Ľad s hmotnosťou 0,2 kg sa zmieša s teplým čajom s hmotnosťou 0,2 kg. Teplota ľadu = – 10 ° C, teplota teplého čaju = 40 ° C. Merné teplo ľadu = 2100 J/kg C₂o₂ , merné teplo vody = 4200 J/kg C₂o₂ , teplo topenia vody = 334 000 J/kg. Ak sa ľad a teplý čaj zmiešajú v izolovanom uzavretom systéme, určte konečnú teplotu zmesi.
Diskusia
Je známe :
Hmotnosť ľadu (m es) = 0,2 kg
Hmotnosť teplej čajovej vody (m čaju) = 0,2 kg
Merná tepelná kapacita vody (c vody) = 4180 J/kg Co
Merná tepelná kapacita ľadu (c es) = 2100 J/kg Co
Teplo topenia vody (L)f voda) = 334 000 J/kg
Teplota ľadu (T es) = -10oC
Teplota teplej čajovej vody (T čaj) = 40oC
Opýtal sa konečná teplota zmesi (T zmesi) ?
Džavab :
Prvým krokom je odhad konečného stavu.
Teplo, ktoré musí voda uvoľniť na zníženie teploty 0,2 kg teplého čaju zo 40oC až 0oC:
Teplo absorbované 0,2 kg ľadu na zvýšenie jeho teploty z -10oC až 0oC:
Teplo absorbované na roztopenie 0,2 kg ľadu (teplo potrebné na premenu všetkého ľadu na vodu):
Na základe vyššie uvedených výpočtov boli získané nasledujúce výsledky:
uvoľnené Q = 33,444 kJ
prijaté Q = 4,2 kJ
Q bod topenia = 66,8 kJ
Keď horúci čaj uvoľní 33,44 kJ tepla, teplota horúceho čaju sa zmení zo 40 °C na 0 °C. Časť uvoľneného tepla (približne 4,2 kJ) sa použije na zvýšenie teploty ľadu z -10 °C na 0 °C. oC až 0oC. 33,44 kJ – 4,2 kJ = 29,24 kJ. Na roztopenie všetkého ľadu na vodu je potrebných 66,8 kJ tepla. Zostávajúce teplo je 29,24 kJ.
Dá sa usúdiť, že teplo uvoľnené teplým čajom sa používa iba na zvýšenie teploty ľadu z -10 oC až 0oC a roztopí časť ľadu. Časť ľadu sa premenila na vodu, časť nie. Počas procesu premeny z pevného na kvapalné skupenstvo sa teplota nemení. Preto je konečná teplota zmesi 0oC.
2. Hmotnosť horúceho čaju = 0,4 kg, hmotnosť ľadu = 0,2 kg, teplota kociek ľadu = -10oC, teplota horúceho čaju = 90oC. Ak sa obe látky zmiešajú, aká je konečná teplota zmesi?
Diskusia
Prvý krok: odhad konečného stavu
Teplo, ktoré musí voda uvoľniť, aby znížila teplotu 0,4 kg horúcej čajovej vody z 90 °CoC až 0oC:
Teplo, ktoré 0,2 kg ľadu prijme na zvýšenie svojej teploty z -10oC až 0oC:
Teplo potrebné na roztopenie 0,2 kg ľadu (teplo potrebné na premenu všetkého ľadu na vodu):
Na základe vyššie uvedených výpočtov boli získané nasledujúce výsledky:
uvoľnené Q = 150,48 kJ
prijaté Q = 4,2 kJ
Q bod topenia = 66,8 kJ
Keď sa z horúceho čaju uvoľní 150,48 kJ tepla, teplota horúceho čaju sa zmení z 90 °C na 0 °C. Časť uvoľneného tepla (4,2 J) sa použije na zvýšenie teploty ľadu z -10 °C na 0 °C. 150,48 kJ – 4,8 kJ = 146,28 kJ. Zvyšné teplo = 146,28 kJ.
Teplo potrebné na roztopenie všetkého ľadu na vodu je iba 66,8 kJ. 146,28 kJ – 66,8 kJ = 79,48 kJ. Horúci čaj nemusí uvoľniť všetko svoje teplo, kým jeho teplota neklesne na 0 °C.oC. Záverom možno povedať, že konečná teplota zmesi musí byť vyššia ako 0oC.
Druhý krok: určenie konečnej teploty (T)
Teplo potrebné na zvýšenie teploty ľadu z -10oC až 0oC je 4200 J.
Teplo potrebné na roztopenie všetkého ľadu na vodu (latentné teplo) = 66 800 J
Teplo potrebné na zvýšenie teploty vody (vody vznikajúcej roztopením všetkého ľadu) z 0oC až ToC = (hmotnosť ľadu)(merné teplo vody)(T – 0) = (0,2)(4180)(T) = 836 T
Teplo uvoľnené teplým čajom na zníženie jeho teploty z 90 °C na T = (hustota vody)(90 - T) = (0,4)(4180)(90 - T) = 1672 (90 - T) = 150 480 - 1672 T

3. 60 gramov vody s teplotou 90oC (merná tepelná kapacita vody = 1 cal.g-1.oC-1) zmiešané so 40 gramami podobnej vody pri teplote 25oC. Ak tento proces neovplyvňujú žiadne iné faktory, potom je konečná teplota zmesi…
A. 15,4 oC
B. 23,0 oC
C. 46,0 oC
D. 64,0 oC
E. 77,0 oC
Diskusia
Je známe :
Hmotnosť vody 1 (m1) = 60 gramov
Teplota vody 1 (T1) = 90oC
Hmotnosť vody 2 (m2) = 40 gramov
Teplota vody 2 (T2) = 25oC
Merná tepelná kapacita voda (c) = 1 kal.g-1.oC-1
Opýtal sa : teplota finálna zmes
Džavab :
Teplo uvoľnené vodou s vysokou teplotou (Q uvoľnené) = teplo absorbované vodou s nízkou teplotou (Q absorbované)
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
Správna odpoveď je D.
4. Kus hliníka má hmotnosť 500 gramov a teplotu 30 oC sa vloží do nádoby obsahujúcej vodu s hmotnosťou 200 gramov a teplotou 90 oC. Ak je známe, že merná tepelná kapacita hliníka je 0,22 cal/g Co a merná tepelná kapacita vody je 1 cal/g Co, potom je konečná teplota vody a hliníka...
A. 20,3 oC
B. 42,2 oC
C. 68,7 oC
D. 80,5 oC
E. 100 oC
Diskusia:
Jednotku hmotnosti, gramy (g), nie je potrebné prepočítavať na kilogramy (kg), pretože merná tepelná kapacita hliníka a merná tepelná kapacita vody sa vyjadrujú v cal/g C.o.
Je známe :
m hliníka = 500 gramov
c hliníka = 0,22 cal/gCo
T hliníka = 30 oC
m vody = 200 gramov
c vody = 1 cal/gCo
T vody = 90 oC
Opýtal sa :
Konečná teplota (T) vody a hliníka?
Džavab :
Vzorec tepla Q = (m)(c)(ΔT)
Q voda = = (200 gramov)(1 kcal/gCo)(90 oC – T)
Q hliníka = (500 gramov)(0,22 cal/gCo)(T– 30 oC)
Blackov základný vzorec :Q lepas = Q absorbovať
Voda má vyššiu počiatočnú teplotu (90 oC) aby voda uvoľňovala teplo, hliník má nižšiu počiatočnú teplotu (30 oC) aby hliník absorboval teplo. Konečná teplota zmesi vody a hliníka musí byť nižšia ako počiatočná teplota vody a vyššia ako počiatočná teplota hliníka.
(200 gramov)(1 kcal/gCo)(90 oC – T) = (500 gramov)(0,22 kalórií/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
42 000 = 310 T
T = 68,7 oC
Konečná teplota zmesi vody a hliníka je 68,7 °C. oC.
Správna odpoveď je C.
5. Kus kovu s hmotnosťou 300 gramov pri teplote 80 oC ponorené do 200 gramov vody s teplotou 40 oC. Merná tepelná kapacita vody = 1 cal/g CoAk je konečná teplota zmesi kovu a vody 50o C a nádoba neabsorbuje teplo, potom je špecifická tepelná kapacita kovu…
A. 0,15 kal/g Co
B. 0,22 kal/g Co
C. 1,50 kal/g Co
D. 4,8 kal/g Co
E. 7,2 kalórií/g Co
Diskusia:
Je známe :
m kovu = 300 gramov
T kov = 80 oC
m vody = 200 gramov
T vody = 40 oC
c vody = 1 kal/g Co
T konečnej zmesi kovu a vody = 50 oC
Opýtal sa :
c kov?
Džavab :
Q kov = (m)(c)(ΔT) = (300 gramov)(c kov)(80oC - 50oC) = (300 gramov)(c kov)(30 Co)
Q voda = (m)(c)(ΔT) = (200 gramov)(1 kal/g Co)(60oC - 50oC) = (200 gramov)(1 kcal/g Co)(10 °Co)
Blackov základný vzorec :Q lepas = Q absorbovať
Kov má vyššiu počiatočnú teplotu (80 oC) aby kov uvoľňoval teplo, má voda nižšiu počiatočnú teplotu (40 oC) aby voda absorbovala teplo.
(300 gramov)(c kov)(30 °Co) = (200 gramov)(1 kcal/g Co)(10 °Co)
(300)(c)(30) = (200)(1)(10)
9000 c = 2000
c = 2000 / 9000
c = 0,22 kal/g Co
Merná tepelná kapacita kovu je 0,22 cal/g Co.
Správna odpoveď je B.
6. Dve rovnaké gule majú rovnakú teplotu 40 oC, obe gule majú hmotnosti 10 gramov a 40 gramov. Obe gule sú umiestnené v kvapaline tak, že teplota oboch guliek stúpne na 60oC. Ak je merná tepelná kapacita gule 2 kcal/gr Co a 1 kalória = 4,2 Joulov, potom rozdiel v teple absorbovanom každou guľkou je...
A. 5,04 x 103 joule
B. 7,50 x 103 joule
Cca 10,6 x 103 joule
D. 40 x 103 joule
E. 42 x 103 joule
Diskusia:
Je známe :
m1 = 10 gramy
m2 = 40 gramy
T1 =T2 = 40 oC
T koniec = 60 oC
c guľa = 2 kcal/g Co
Opýtal sa :
Aký je rozdiel v teple absorbovanom každou guľou?
Džavab :
Teplota oboch guľôčok sa zvyšuje, pretože obe guľôčky musia absorbovať teplo.
Q1 = (10 g)(2 kcal/g Co)(60oC–40oC) = (10 g)(2 kcal/g Co)(20 °Co) = 400 cal = (400) (4,2 J) = 1680 joulov
Q2 = (40 g)(2 kcal/g Co)(60oC–40oC) = (40 g)(2 kcal/g Co)(20 °Co) = 1600 cal = (1600) (4,2 J) = 6720 joulov
Rozdiel v teple absorbovanom každou guľou:
6720 J – 1680 J = 5040 J = 5,04 x 103 J
Správna odpoveď je A.
7. Voda s hmotnosťou 200 gramov a teplotou 30 °C sa zmieša s vriacou vodou s hmotnosťou 100 gramov a teplotou 90 °C. (Šerfná tepelná kapacita vody = 1 kal.gram-1° C-1). Teplota zmiešanej vody v čase tepelnej rovnováhy je….
A. 10 °C
B. 30 °C
50 °C
D. 75°C
V. 150°C
Diskusia
Je známe, že :
Hmotnosť vody 1 (m1) = 200 gramov
Teplota vody 1 (T1) = 30oC
Hmotnosť vody 2 (m2) = 100 gramov
Teplota vody 2 (T2) = 90oC
Merná tepelná kapacita vody (c) = 1 kal.gram-1° C-1
Opýtal sa konečná teplota zmesi
Odpoveď :
Teplo uvoľnené vodou s vysokou teplotou (Q uvoľnené) = teplo absorbované vodou s nízkou teplotou (Q absorbované)

Správna odpoveď je C.
8. až 60 gramov pri teplote 90 stupňovoC (merná tepelná kapacita vody = 1 cal.g-1.oC-1) zmiešané so 40 gramami podobnej vody pri teplote 25oC. Ak tento proces neovplyvňujú žiadne iné faktory, potom je konečná teplota zmesi…
A. 15,4 ° C
B. 23,0 ° C
46,0 ° C
D. 64,0 ° C
E. 77,0 ° C
Diskusia
Je známe, že :
Hmotnosť vody 1 (m 1 ) = 60 gramov
Teplota vody 1 (T1) = 90oC
Hmotnosť vody 2 (m 2 ) = 40 gramov
Teplota vody 2 (T2) = 25oC
Merná tepelná kapacita vody (c) = 1 cal.g-1.oC-1
Otázka : konečná teplota zmesi
Odpoveď :
Teplo uvoľnené vodou s vysokou teplotou (Q uvoľnené) = teplo absorbované vodou s nízkou teplotou (Q absorbované)

Správna odpoveď je D.
9. Ľad s hmotnosťou M gramov pri teplote 0oC, vložené do vody s hmotnosťou 340 gramov pri teplote 20oC umiestnené v špeciálnej nádobe. Predpokladajme, že nádoba neabsorbuje/neuvoľňuje teplo. Ak Les = 80 kcal/g-1, Cvzduch = 1 kcal/g-1 oC-1, všetok ľad sa roztopí a tepelná rovnováha sa dosiahne pri teplote 5oC, potom je hmotnosť ľadu (M)…
A. 60 gramov
B. 68 gramov
C. 75 gramov
D. 80 gramov
E. 170 gramov
Diskusia
Je známe, že :
Hmotnosť vody (m) = 340 gramov
Teplota ľadu (Tes) = 0oC
Teplota vody (Tvzduch) = 20oC
Teplota tepelnej rovnováhy (T) = 5oC
Teplo topenia ľadu (L)es) = 80 kalórií na g-1
Merná tepelná kapacita vody (cvzduch) = 1 kalórií na g-1 oC-1
Opýtal sa Hmotnosť ľadu (M)
Odpoveď :
Čierny princíp uvádza, že v izolovanom uzavretom systéme je teplo uvoľnené objektom s vysokou teplotou rovnaké ako teplo absorbované objektom s nízkou teplotou.
Teplo uvoľnené vodou (Q uvoľnené) = teplo absorbované ľadom (Q absorbované)

Správna odpoveď je A.
Katatán:
Ak sa uvedie, že ľad má teplotu 0o potom je voda stále v pevnom stave. Ak sa uvedie, že teplota vody je 0oC potom je voda v kvapalnom skupenstve. Rozlišujte použitie slov ľad a voda. Keďže voda je stále v pevnom alebo ľadovom skupenstve, teplo absorbované ako prvé sa použije na roztavenie všetkého ľadu na vodu, preto na pravej strane vyššie uvedenej rovnice je pridaný vzorec na výpočet množstva tepla potrebného na roztavenie ľadu (mes Les). Keď sa všetok ľad roztopí na vodu, použije sa dodatočné teplo na zvýšenie teploty ľadu z 0oC sa zmení na 5oC.
10. Meď pri teplote 100oC sa vloží do vody s hmotnosťou 128 gramov a teplotou 30 oC. Merná tepelná kapacita vody 1 cal.g-1oC-1 a merná tepelná kapacita medi je 0,1 cal.g-1oC-1Ak tepelná rovnováha nastane pri teplote 36 oC, potom je hmotnosť kovu….
A. 140 gramov
B. 120 gramov
C. 100 gramov
D. 80 gramov
E. 75 gramov
Diskusia
Je známe, že:
Teplota medi (T1) = 100 oC
Merná tepelná kapacita medi (c1) = 0,1 kal.g-1oC-1
Hmotnosť vody (m2) = 128 gramov
Teplota vody (T2) = 30 oC
Merná tepelná kapacita vody (c2) = 1 kal.g-1oC-1
Teplota tepelnej rovnováhy (T) = 36 oC
Opýtal sa: Hmotnosť medi (m1)
Odpoveď:
Blackov princíp hovorí, že teplo uvoľnené objektom s vysokou teplotou = teplo prijaté objektom s nízkou teplotou.

Správna odpoveď je B.
11. Tri kilogramy čiernej olovenej tyče so špecifickou tepelnou výhrevnosťou 1400 J.kg-1C-1 teplota 80oC je ponorené do 10 kg vody so špecifickou tepelnou tepelnou kapacitou 4200 J.kg.-1C-1Po dosiahnutí tepelnej rovnováhy je konečná teplota zmesi 20oC. Počiatočná teplota vody je….
A. 20 ° C
B. 18 ° C
14 ° C
D. 12 ° C
E. 10 ° C
Diskusia
Je známe, že:
Hmotnosť olova (m1) = 3 kg
Merná tepelná kapacita cínu (c1) = 1400 J.kg-1C-1
Teplota cínu (T1) = 80 oC
Hmotnosť vody (m2) = 10 kg
Merná tepelná kapacita vody (c2) = 4200 J.kg-1C-1
Teplota tepelnej rovnováhy (T) = 20 oC
Opýtal sa: Počiatočná teplota vody (T2)
Odpoveď:

Správna odpoveď je C.
12. Minca s hmotnosťou 50 gramov sa zahreje na teplotu 85oC, potom ponorený do nádoby obsahujúcej 50 gramov vody s teplotou 29,8oC (merná tepelná kapacita vody = 1 cal.g-1.oC-1). Ak je konečná teplota systému 37oC a predpokladajme, že v nádobe nedochádza k žiadnej zmene tepla, potom je merná tepelná kapacita kovu…
A. 0,12 kal.g-1.oC-1
B. 0,30 kal./g-1.oC-1
Cca 1,50 kal./g-1.oC-1
D. 4,8 kal.g-1.oC-1
E. 7,2 kal./g-1.oC-1
Diskusia
Je známe, že:
Hmotnosť mince (m) = 50 gramov
Počiatočná teplota mince (T1) = 85oC
Hmotnosť vody (m) = 50 gramov
Počiatočná teplota vody (T2) = 29,8oC
Merná tepelná kapacita vody = 1 cal.g-1.oC-1
Konečná teplota systému (T) = 37oC
Opýtal sa: Merná tepelná kapacita kovu (c)
Odpoveď:
Blackov princíp hovorí, že uvoľnené teplo = absorbované teplo. Teplo uvoľňuje minca a teplo absorbuje voda, až kým sa nedosiahne tepelná rovnováha.
Všetky jednotky sú vyjadrené v gramoch, takže nie je potrebné jednotky prepočítavať.
Q lepas = Q absorbovať
mlogam c ΔT = mvzduch cΔT
(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 kal.g-1.oC-1
13. Kovová meď pri teplote 100oC sa vloží do vody s hmotnosťou 128 gramov a teplotou 30 oC. Merná tepelná kapacita vody 1 cal.g-1 °C-1 a merná tepelná kapacita medi je 0,1 cal.g-1 oC-1Ak tepelná rovnováha nastane pri teplote 36 oC, potom je hmotnosť kovu….
A. 140 gramov
B. 120 gramov
C. 100 gramov
D. 80 gramov
E. 75 gramov
Diskusia
Je známe, že:
Teplota medi (T1) = 100 oC
Merná tepelná kapacita medi (c1) = 0,1 kal.g-1 oC-1
Hmotnosť vody (m2) = 128 gramov
Teplota vody (T2) = 30 oC
Merná tepelná kapacita vody (c2) = 1 kal.g-1 oC-1
Teplota tepelnej rovnováhy (T) = 36 oC
Otázka: Hmotnosť medi (m1)
Odpoveď:
Blackov princíp hovorí, že teplo uvoľnené objektom s vysokou teplotou = teplo prijaté objektom s nízkou teplotou.
Q medi = Q vody
m1 c1 ΔT = m2 c2 AT
(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
Hmotnosť medi je 120 gramov.
Správna odpoveď je B.
14. Tri kilogramy čiernej olovenej tyče so špecifickou tepelnou výhrevnosťou 1400 J.kg-1 C-1 teplota 80oC je ponorené do 10 kg vody so špecifickou tepelnou tepelnou kapacitou 4200 J.kg.-1 C-1Po dosiahnutí tepelnej rovnováhy je konečná teplota zmesi 20oC. Počiatočná teplota vody je….
A. 20 oC
B. 18 oC
C. 14 oC
D. 12 oC
E. 10 oC
Diskusia
Je známe, že:
Hmotnosť olova (m1) = 3 kg
Merná tepelná kapacita cínu (c1) = 1400 J.kg-1 C-1
Teplota cínu (T1) = 80 oC
Hmotnosť vody (m2) = 10 kg
Merná tepelná kapacita vody (c2) = 4200 J.kg-1 C-1
Teplota tepelnej rovnováhy (T) = 20 oC
Hľadaná: Počiatočná teplota vody (T2)
Odpoveď:
uvoľnené Q = prijaté Q
Q cínu = Q vody
m1 c1 ΔT = m2 c2 AT
(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 / XNUMX XNUMX
T = 14
Počiatočná teplota vody je 14oC.
Správna odpoveď je C.
15. Ľad s hmotnosťou M gramov pri teplote 0oC, vložené do vody s hmotnosťou 340 gramov pri teplote 20oC umiestnené v špeciálnej nádobe. Predpokladajme, že nádoba neabsorbuje/neuvoľňuje teplo. Ak Les = 80 kcal/g-1, Cvzduch = 1 kcal/g-1 oC-1, všetok ľad sa roztopil a tepelná rovnováha dosiahnuté pri teplote 5oC, potom je hmotnosť ľadu (M)…
A. 60 gramov
B. 68 gramov
C. 75 gramov
D. 80 gramov
E. 170 gramov
Diskusia
Je známe :
Hmotnosť vody (m) = 340 gramov
Teplota ľadu (Tes) = 0oC
Suhu voda (Tvzduch) = 20oC
Teplota tepelnej rovnováhy (T) = 5oC
Teplo topenia ľadu (L)es) = 80 kalórií na g-1
Merná tepelná kapacita vody (cvzduch) = 1 kalórií na g-1 oC-1
Opýtal sa Hmotnosť ľadu (M)
Džavab :
Čierny princíp uvádza, že v izolovanom uzavretom systéme je teplo uvoľnené objektom s vysokou teplotou rovnaké ako teplo absorbované objektom s nízkou teplotou.
Teplo uvoľnené vodou (Q uvoľnené) = teplo absorbované ľadom (Q absorbované)
mvzduch cvzduch (T) = mes Les +mes cvzduch (T)
(340)(1)(20-5) = M(80) + M(1)(5-0)
(340)(15) = 80 miliónov + 5 miliónov
5100 = 85 miliónov
M = 5100/85
M = 60 gramov
Správna odpoveď je A.
Katatán:
Ak sa uvedie, že ľad má teplotu 0o potom je voda stále v pevnom stave. Ak sa uvedie, že teplota vody je 0oC potom je voda v kvapalnom skupenstve. Rozlišujte použitie slov ľad a voda. Keďže voda je stále v pevnom alebo ľadovom skupenstve, teplo absorbované ako prvé sa použije na roztavenie všetkého ľadu na vodu, preto na pravej strane vyššie uvedenej rovnice je pridaný vzorec na výpočet množstva tepla potrebného na roztavenie ľadu (mes Les). Keď sa všetok ľad roztopí na vodu, použije sa dodatočné teplo na zvýšenie teploty ľadu z 0oC sa zmení na 5oC.
Zdroj otázky:
Otázky z fyziky na národnej skúške pre stredné školy/odborné gymnázium