1. Përkufizimi i parimit të Zi
Nëse përziejmë ujë të nxehtë dhe të ftohtë në një enë të hapur (për shembull një kovë), nxehtësia transferohet nga uji i nxehtë në ujin e ftohtë. Meqenëse ena është e hapur, atëherë një pjesë e nxehtësisë lëviz në ajër. Ena gjithashtu bëhet më e ngrohtë. Nxehtësia e çliruar nga uji i nxehtë jo vetëm që absorbohet nga uji i ftohtë, por absorbohet edhe nga atmosfera dhe enët. Në këtë rast, kova është një sistem jo i izoluar. Kur përziejmë ujë të nxehtë dhe të ftohtë në një termos të mbyllur, nxehtësia transferohet nga uji i nxehtë në ujin e ftohtë. Termos janë sisteme të izoluara, kështu që asnjë nxehtësi nuk lëviz në ajër ose në një termos. Uji i ftohtë thith vetëm nxehtësinë e çliruar nga uji i nxehtë derisa përzierja e ujit të nxehtë dhe ujit të ftohtë të arrijë ekuilibrin termik.
Parimi i Zi pohon se në një sistem të mbyllur të izoluar, nxehtësia e çliruar nga një objekt me temperaturë të lartë = nxehtësia e absorbuar nga një objekt me temperaturë të ulët.
2. Formula e parimit të zi
Lirimi i Q = thithja e Q
Lëshimi i Q = nxehtësia e çliruar nga objektet me temperaturë të lartë, thithja e Q = nxehtësia e absorbuar nga objektet me temperaturë të ulët.
3. Shembuj pyetjesh dhe diskutimesh
Shembull i problemit 1.
Një hekur i nxehtë me një masë prej 1 kg dhe një temperaturë prej 100 o C vendoset në një enë që përmban 2 kg ujë dhe një temperaturë prej 20 o C. Cila është temperatura e përzierjes përfundimtare? Nxehtësia specifike e hekurit = 450 J/kg C₂o , nxehtësia specifike e ujit = 4200 J/kg C₂o.
I njohur:
Masa e hekurit (m) = 1 kg
Temperatura e hekurit (T) = 100 o C
Masa e ujit (m) = 2 kg
Temperatura e ujit (T) = 20 o C
Nxehtësia specifike për hekurin (c) = 450 J/kg C o
Nxehtësia specifike për ujin (c) = 4200 J/kg C₂o
Kërkohet: T?
zgjidhje:
Hekuri ka një temperaturë më të lartë se uji, kështu që hekuri liron nxehtësi, uji thith nxehtësinë.
Lirimi i Q = thithja e Q
mc ΔT = mc ΔT
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 T + 450 T
213000 = 8850 T
T = 213000: 8850
T = 24 o C
Temperatura përfundimtare e përzierjes së hekurit të nxehtë dhe ujit të ftohtë, kur të dy janë në ekuilibër termik, është 24 ° C.
Shembull i çështjes 2.
0.2 kg masë akulli e përzier me çaj të ngrohtë me një masë prej 0.2 kg. Temperatura e akullit = -10 ° C, temperatura e çajit të ngrohtë = 40 ° C. Nxehtësia specifike e akullit = 2100 J/kg C₂o , nxehtësia specifike e ujit = 4200 J/kg C₂o , nxehtësia e shkrirjes për ujin = 334000 J/kg. Akulli dhe çaji përzihen në një sistem të izoluar dhe të mbyllur.
I njohur:
Masa e akullit (m) = 0.2 kg
Masa e çajit (m) = 0.2 kg
Nxehtësia specifike e ujit (c) = 4180 J/kg C₂o
Nxehtësia specifike e akullit (c) = 2100 J/kg C₂o
Nxehtësia e shkrirjes për ujin (L10F ) = 334 x 3 J /kg
Temperatura e akullit (T akulli ) = -10 ° C
Temperatura e çajit (T çaj ) = 40 ° C
Kërkohet: Përzierje T
zgjidhje:
Hapi i parë, vlerësimi i gjendjes përfundimtare
Nxehtësia që duhet të çlirohet nga uji për të ulur temperaturën e 0.2 kg çaj të ngrohtë, nga 40°C në 0°C
Lëshimi i Q = mc ΔT
Lëshimi i Q = (0.2 kg) (4180 J/Kg C₂o ) (40 ° C – 0 ° C)
Lëshimi i Q = (0.2 kg) (4180 J/Kg C₂o₃ ) (40 ° C)
Lëshimi i Q = 33,440 Xhaul
Çlirimi i Q = 33.44 kJ
Nxehtësia absorbohet nga 0.2 kg akull për të rritur temperaturën nga -10 ° C në 0 ° C.
Q e absorbuar = mc ΔT
Q i absorbuar = (0.2 kg) (2100 J/Kg C₂o ) (0 o C – (-10 o C))
Q i absorbuar = (0.2 kg) (2100 J/Kg C₂o ) (10 ° C)
Q i absorbuar = 4,200 Xhaul
Q i absorbuar = 4.2 kJ
Nxehtësia e absorbuar për të shkrirë 0.2 kg akull (nxehtësia e nevojshme për të shkrirë të gjithë akullin në ujë)
Bashkimi Q = m L F
Bashkimi Q = (0.2 kg) (334 x 103 J /kg)
Bashkimi Q = 66.8 x 103 Xhaul
Bashkimi Q = 66.8 kJ
Bazuar në llogaritjet e mësipërme, rezultatet:
Çlirimi i Q = 33.44 kJ
Q thith = 4.2 kJ
Bashkimi Q = 66.8 kJ
Kur çaji çliron nxehtësi deri në 33.44 kJ, temperatura e çajit ndryshon nga 40 ° C në 0 ° C. Një pjesë e nxehtësisë së çliruar (rreth 4.2 kJ) përdoret për të rritur temperaturën e akullit nga -10 ° C në 0 ° C. 33.44 kJ – 4.2 kJ = 29.24 kJ. Nxehtësia e mbetur = 29.24 kJ. Për të shkrirë të gjithë akullin në ujë kërkohet një nxehtësi prej 66.8 kJ. Nxehtësia e mbetur është vetëm 29.24 kJ.
Si përfundim, nxehtësia e çliruar nga çaji i ngrohtë përdoret vetëm për të rritur temperaturën e akullit nga -10 ° C në 0 ° C dhe për të shkrirë një pjesë të akullit. Një pjesë e akullit është shkrirë në ujë; një pjesë jo. Gjatë procesit të shndërrimit të një lënde të ngurtë në lëng, temperatura nuk ndryshon. Prandaj, temperatura e përzierjes përfundimtare = 0 ° C.
Shembull i problemit 3.
masa e çajit të nxehtë (m) = 0.4 kg,
masa e akullit (m) = 0.2 kg,
temperatura e akullit = -10 o C
Temperatura e çajit të nxehtë = 90 ° C.
Nëse të dyja përzihen, cila është temperatura e përzierjes përfundimtare?
Nxehtësia specifike për ujin (c) = 4180 J/kg C₂o ,
Nxehtësia specifike për akullin (c) = 2100 J/kg C₂o ,
Nxehtësia e shkrirjes për ujin (L2F ) = 334 x 103 J/kg
zgjidhje:
Hapi i parë: Vlerësoni gjendjen përfundimtare
Nxehtësia që duhet të çlirohet nga uji për të ulur temperaturën e 0.4 kg çaj të nxehtë, nga 90 ° C në 0 ° C
Lëshimi i Q = mc ΔT
Lëshimi i Q = (0.4 kg) (4180 J/Kg C₂o ) (90 ° C – 0 ° C)
Lëshimi i Q = (0.4 kg) (4180 J/Kg C₂o₃ ) (90 ° C)
Lëshimi i Q = 150,480 Xhaul
Çlirimi i Q = 150.48 kJ
Nxehtësia e absorbuar nga 0.2 kg akull rrit temperaturën e tij nga -10 ° C në 0 ° C
Q e absorbuar = mc ΔT
Q i absorbuar = (0.2 kg) (2100 J/Kg C₂o ) (0 o C – (-10 o C))
Q i absorbuar = (0.2 kg) (2100 J/Kg C₂o ) (10 ° C)
Q i absorbuar = 4,200 Xhaul
Q i absorbuar = 4.2 kJ
Nxehtësia e nevojshme për të shkrirë 0.2 kg akull (nxehtësia e nevojshme për ta shndërruar të gjithë akullin në ujë)
Bashkimi Q = m L F
Fuzioni Q = (0.2 kg) (334 x 103 J /Kg)
Bashkimi Q = 66.8 x 103 Xhaul
Bashkimi Q = 66.8 kJ
Bazuar në llogaritjet e mësipërme, rezultatet:
Çlirimi i Q = 150.48 kJ
Q i absorbuar = 4.2 kJ
Bashkimi Q = 66.8 kJ
Kur çaji i nxehtë çliroi 150.48 kJ nxehtësi, temperatura e çajit të nxehtë ndryshoi nga 90 ° C në 0 ° C. Një pjesë e nxehtësisë së çliruar (rreth 4.2 kJ) u përdor për të rritur temperaturën e akullit nga -10 ° C në 0 ° C.
150.48 kJ – 4.2 kJ = 146.28 kJ. Nxehtësia e mbetur = 146.28 kJ.
Nxehtësia e nevojshme për të shkrirë të gjithë akullin në ujë është vetëm 66.8 kJ. 146.28 kJ – 66.8 kJ = 79.48 kJ. Doli që teprica ishte 79.48 kJ. Çaji i nxehtë nuk e liron të gjithë nxehtësinë derisa temperatura të ulet në 0 o C. Përfundim: temperatura e përzierjes përfundimtare duhet të jetë më e madhe se 0 o C.
Hapi i dytë: Përcaktoni temperaturën përfundimtare (T)
Nxehtësia e nevojshme për të rritur temperaturën e akullit nga -10 ° C në 0 ° C = 4200 Xhaul
Nxehtësia duhej të shkrinte të gjithë akullin në ujë, e njohur edhe si nxehtësia latente = 66,800 xhaul.
Nxehtësia duhej të rriste temperaturën e ujit (ujit nga i gjithë shkrirja e akullit) nga 0 ° C në T = (masa e akullit) (nxehtësia e ujit) (T – 0 ° C) = (0.2 kg) (4180 J/kg C₂o ) (T) = (836 T) J/ C₂o
Nxehtësia e çliruar nga çaji i ngrohtë për të ulur temperaturën nga 90 ° C në T = (masa e ujit të nxehtë) (lloji i nxehtësisë së ujit) (90 ° C – T) = (0.4 kg) (4180 J/kg C₂o ) (90 ° C – T) = 1672 J/C₂o ( 90 ° C – T) = 150,480 J – (1672 T) J/ C₂o
4200 J + 66,800 J + (836 T) J/C o = 150,480 J – (1672 T) J/C o
71,000 J + (836 T) J/C o = 150,480 J – (1672 T) J/C o
(836 T) J/C o + (1672 T) J/C o = 150,480 J – 71,000 J
(2508 T) J/C o = 79,480 J
T = 31.7 o C
Temperatura përfundimtare = 31.7 o C
