Nxehtësia dhe ndryshimi i fazës - problemet dhe zgjidhjet

Nxehtësia dhe ndryshimi i fazës - problemet dhe zgjidhjet

1. Bazuar në grafik, çfarë është nxehtësi absorbohet nga 5 kg ujë gjatë procesit CD? Nxehtësia specifike e ujit = 4,200 J/kg ^oC.

I njohur:

Masa (m) = 5 kg

Nxehtësia specifike e ujit (c) = 4200 J/kg ^oC

Temperatura fillestare (T₁) = 0 ^oC

Temperatura përfundimtare (T₂) = 10 ^oC

Ndryshimi i temperaturës (ΔT) = 10 ^oC - 0 ^oC = 10 ^oC

Kërkohet: Heat (Q)

zgjidhje:

Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg ^oC)(10 ^oC) = (5) (4200 J) (10) = (50) (4200 J) = 210,000 Xhaul

2. Cila është nxehtësia e absorbuar nga 20 gram akull gjatë procesit AC, nëse nxehtësia specifike e akullit është 2100 J/kg? ^oC dhe nxehtësia e shkrirjes për akullin është 336,000 J/kg.

I njohur:

Masa e akullit (m) = 200 gram = 200/1000 kilogramë = 0.2 kilogramë

Nxehtësia specifike (c) = 2100 J/kg ^oC

Nxehtësia e shkrirjes së akullit (L_F) = 336,000 J/kg

Kërkohet: Nxehtësia e absorbuar nga akulli gjatë procesit AC

zgjidhje:

Gjatë procesit AB, nxehtësia absorbohet nga akulli për të ndryshuar temperaturën e tij nga -10^oC te 0^oC.

Q = mc ΔT

Q = nxehtësia, m = masa e akullit, c = nxehtësia specifike e akullit, ΔT = ndryshimi i temperaturës

Q₁ = mc ΔT = (0.2)(2100)(0-(-10) = (0.2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 Xhaul

Gjatë procesit BC, nxehtësia absorbohet për të shkrirë të gjithë akullin në ujë. Në këtë proces ndryshon vetëm faza dhe nuk ka ndryshim në temperaturë. Temperatura e akullit dhe e ujit mbetet 0.^oC.

Nxehtësia e absorbuar gjatë procesit BC:

Q₂ = m L_F = (0.2 kg)(336,000 J/kg) = 67,200 Xhaul

Nxehtësia e absorbuar gjatë procesit AC:

Q = _Q1 + Q2 ₌ 4200 Xhulë + 67,200 Xhulë = 71,400 Xhulë

3. Një ujë prej 2 kg ngrohet dhe nxehtësia e avullimit për ujin është 2.27 x 10⁶ J/kg, nxehtësia specifike për ujin = 4,200 J/kg ^oC dhe presioni atmosferik është 1 atm, cila është nxehtësia e absorbuar nga uji gjatë procesit BC?

I njohur:

Masa (m) = 2 kg

Nxehtësia e avullimit për ujin (L_V) = 2.27 x 10⁶ J / kg

Nxehtësia specifike për ujin (c) = 4,200 J/kg ^oC

Kërkohet: Nxehtësia e absorbuar gjatë procesit BC.

zgjidhje:

Në procesin AB, nxehtësia absorbohet për të rritur temperaturën e ujit nga 60°C.^oC te 100^oC.

Q = m L_V = (2 kg)(2.27 x 10⁶ J/kg) = 4.54 x 10⁶ Xhaul = 4540 x 10³ Xhaul = 4540 kilo Xhaul

4. Bazuar në figurën më poshtë, nëse masa e akullit është 500 gram, nxehtësia specifike është 2100 J/kg. ^oC dhe nxehtësia latente e shkrirjes së akullit është 336,000 J/kg. Përcaktoni nxehtësinë e kërkuar në procesin P–Q–R.

I njohur:

Masa e akullit (m) = 500 gram = 500/1000 kg = 0.5 kg

Nxehtësia specifike për akullin (c) = 2100 J/kg ^oC

Nxehtësia latente e bashkimit (L_F) = 336,000 J/kg

Kërkohet: Nxehtësi

zgjidhje:

Proces PQ = nxehtësia e absorbuar për të rritur temperaturën e akullit nga -4^oC te 0^oC

Proces QR = nxehtësia e absorbuar nga akulli për të shkrirë të gjithë akullin në ujë

Nxehtësia e absorbuar gjatë procesit PQ e llogaritur duke përdorur ekuacionin:

Q = mc ΔT

Q = nxehtësia, m = masa, c = nxehtësia specifike e akullit, ΔT = ndryshimi i temperaturës

Akulli i absorbuar nga nxehtësia gjatë procesit PQ i llogaritur duke përdorur këtë ekuacion:

Q = (0.5 kg) (2100 J/kg ^oC)(0^oC-(-4^oC))

Q = (0.5 kg) (2100 J/kg ^oC)(0^oC + 4^oC)

Q = (0.5 kg) (2100 J/kg ^oC)(4^oC)

Q = (0.5)(2100 J)(4)

Q = 4200 Xhaul

Nxehtësia e absorbuar gjatë procesit QR e llogaritur duke përdorur këtë ekuacion:

Q = m L _F

Q = (0.5 kg)(336,000 J/kg)

Q = (0.5)(336,000 J)

Q = 168,000 Xhaul

Nxehtësia totale:

Q = 4200 Xhulë + 168,000 Xhulë

Q = 172,200 Xhaul

Q = 172.2 kilo xhaul

Q = 172.2 kJ

5. Akulli me masë prej 50 gramësh i ngrohur nga -5^oC në ujë në 60^oC. Nëse nxehtësia e shkrirjes për akullin është 80 kal/gram, nxehtësia specifike për akullin është 0.5 kal/gram ^oC, nxehtësia specifike e ujit është 1 kal/gram ^oC, përcaktoni nxehtësinë e kërkuar në procesin CD.

I njohur:

Masa e akullit = masa e ujit (m) = 50 gram

Nxehtësia latente e shkrirjes së akullit (L_F) = 80 kalori/gram

Nxehtësia specifike për akullin (c akull) = 0.5 kal/gram ^oC

Nxehtësia specifike për ujin (c ujë) = 1 kal/gram ^oC

Kërkohet: Nxehtësia e kërkuar në procesin CD

zgjidhje:

Në procesin A në B, nxehtësia përdoret për të rritur temperaturën e akullit nga -5°C.^oC te 0^oC. Nxehtësia llogaritet duke përdorur këtë ekuacion: Q = mc ΔT, ku Q = nxehtësia, m = masa e akullit, c = nxehtësia specifike për akullin, ΔT = ndryshimi i temperaturës nga -5^oC te 0^oC.

Në procesin B deri në C, nxehtësia përdoret për të shkrirë të gjithë akullin në ujë. Në këtë proces, temperatura nuk ndryshon. Nxehtësia llogaritet duke përdorur këtë ekuacion: Q = m L_F, ku Q = nxehtësia, m = masa e akullit, L_F = nxehtësia latente e shkrirjes së akullit.

Në procesin C në D, nxehtësia përdoret për të rritur temperaturën e ujit nga 0.^oC te 60^oC. Nxehtësia llogaritet duke përdorur këtë ekuacion: Q = mc ΔT, ku Q = nxehtësia, m = masa e ujit, c = nxehtësia specifike e ujit, ΔT = ndryshimi i temperaturës nga 0^oC te 60^oC.

Nxehtësia e kërkuar nga procesi C në D:

Q = mc ΔT = (50 gram)(1 kal/gram ^oC)(60^oC-0^oC) = (50)(1)(60) kalori = 3000 kalori

6. Nëse masa e akullit është 1 kg, nxehtësia specifike e akullit është 2100 J/kg^oC, nxehtësia latente e shkrirjes për akullin është 336,000 J/kg dhe nxehtësia specifike e ujit është 4200 J/kg^oC, pastaj përcaktoni nxehtësinë e kërkuar në procesin PQR.

I njohur:

Masa e akullit = 1 kg

Nxehtësia latente e shkrirjes së akullit (L_F) = 336,000 J/kg

Nxehtësia specifike e akullit (c akull) = 2,100 J/kg^oC

Nxehtësia specifike e ujit (c ujë) = 4,200 J/kg^oC

Kërkohet: Nxehtësia e kërkuar në procesin PQR

zgjidhje:

Në procesin P në Q, nxehtësia përdoret për të rritur temperaturën e akullit nga -5°C.^oC te 0^oC. Nxehtësia e llogaritur duke përdorur këtë ekuacion: Q = mc ΔT, ku P = nxehtësi, m = masa e akullit, c = nxehtësia specifike e akullit, ΔT = ndryshimi i temperaturës nga -5^oC në 0^oC.

Nxehtësia e kërkuar në procesin P deri në Q:

Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 Xhaul

Në procesin Q deri në R, nxehtësia e nevojshme për të shkrirë të gjithë akullin në ujë. Në këtë proces, temperatura mbetet e pandryshuar. Nxehtësia llogaritet duke përdorur këtë ekuacion: Q = m L_F, ku P = nxehtësi, m = masa e akullit, L_F = nxehtësia latente e shkrirjes së akullit.

Nxehtësia e kërkuar në procesin Q deri në R:

Q = m L_F = (1)(336,000) = 336,000 Xhaul

Nxehtësia totale:

10,500 + 336,000 = 346,500 Xhaul

1. Çfarë është nxehtësia latente?
   • PërgjigjeNxehtësia latente është energjia e nxehtësisë e nevojshme për të ndryshuar fazën e një substance pa ndryshuar temperaturën e saj. Ajo përfaqëson energjinë e nevojshme për të thyer ose formuar lidhje ndërmolekulare gjatë ndryshimeve të fazës.
2. Pse temperatura mbetet konstante gjatë një ndryshimi fazor?
   • PërgjigjeGjatë një ndryshimi faze, e gjithë energjia e nxehtësisë e dhënë ose e hequr përdoret për të ndryshuar fazën e substancës. Kjo energji përdoret për të thyer ose formuar lidhje ndërmolekulare, jo për të rritur energjinë kinetike ose temperaturën e substancës.
3. Cili është ndryshimi midis nxehtësisë latente të shkrirjes dhe nxehtësisë latente të avullimit?
   • PërgjigjeNxehtësia latente e shkrirjes i referohet energjisë së nxehtësisë së nevojshme për të ndryshuar një substancë nga gjendja e ngurtë në të lëngshme (ose anasjelltas) në pikën e saj të shkrirjes. Nxehtësia latente e avullimit i referohet energjisë së nxehtësisë së nevojshme për të ndryshuar një substancë nga gjendja e lëngshme në të gaztë (ose anasjelltas) në pikën e saj të vlimit.
4. Pse ndiejmë të ftohtë kur dalim nga pishina në një ditë me erë, edhe nëse temperatura e ajrit është e ngrohtë?
   • PërgjigjeNdërsa uji avullohet nga lëkura jonë, ai i nënshtrohet një ndryshimi fazor nga lëngu në avull. Ky proces kërkon energji, e cila merret nga lëkura jonë në formën e nxehtësisë, duke bërë që lëkura jonë të ndihet më e freskët.
5. Pse avulli në 100°C është më i rrezikshëm se uji i vluar në 100°C?
   • PërgjigjeAvulli përmban më shumë energji sesa uji i valë sepse ka thithur nxehtësinë latente të avullimit gjatë ndryshimit të fazës nga uji në avull. Kur avulli kondensohet në lëkurë, ai çliron këtë energji shtesë, duke shkaktuar djegie më të rënda sesa uji i valë.
6. Si e ul pikën e shkrirjes së akullit shtimi i kripës?
   • PërgjigjeShtimi i kripës prish ekuilibrin midis shkrirjes dhe ngrirjes së përzierjes akull-ujë. Kjo bën që më shumë akull të shkrihet në një temperaturë më të ulët se zakonisht, duke ulur në mënyrë efektive pikën e ngrirjes së përzierjes.
7. Pse djersitja ndihmon në freskimin e trupit në një ditë të nxehtë?
   • PërgjigjeDjersa, kur avullohet nga lëkura, i nënshtrohet një ndryshimi fazor nga lëng në gaz. Ky proces avullimi kërkon energji, e cila merret nga lëkura, duke e ftohur atë.
8. Çfarë është sublimimi në kontekstin e ndryshimeve të fazës?
   • PërgjigjeSublimimi është ndryshimi i drejtpërdrejtë i fazës nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të gaztë pa kaluar nëpër fazën e lëngët. Një shembull i zakonshëm është akulli i thatë (dioksid karboni i ngurtë) që kalon direkt në dioksid karboni të gaztë.
9. Pse nevojitet energji termike për të shkrirë akullin edhe nëse temperatura mbetet në 0°C?
   • PërgjigjeEnergjia e nxehtësisë përdoret për të thyer lidhjet ndërmolekulare që e mbajnë akullin në strukturën e tij të ngurtë. Pasi këto lidhje të jenë thyer, akulli kalon në fazën e lëngshme, edhe pse nuk ka ndryshim në temperaturë.
10. Si ndikon presioni në pikën e vlimit të një lëngu?

• PërgjigjeNë përgjithësi, rritja e presionit të jashtëm rrit pikën e vlimit të një lëngu, ndërsa ulja e presionit e ul pikën e vlimit. Kjo është arsyeja pse uji vlon në temperatura më të ulëta se 100°C në lartësi të mëdha, ku presioni atmosferik është më i ulët.