Примери питања о Црном принципу

15 примера Блекових принципијелних питања

1. Лед масе 0,2 кг помешан је са топлим чајем масе 0,2 кг. Температура леда = – 10 ^o C, температура топлог чаја = 40 ^o C. Специфична топлота леда = 2100 J/kg C ^o , специфична топлота воде = 4200 J/kg C ^o , топлота топљења воде = 334 000 J/kg. Ако се лед и топли чај мешају у изолованом затвореном систему, одредити коначну температуру смеше.

Пембахасан
познато је :
Маса леда (m es) = 0,2 kg
Маса топле чајне воде (m чаја) = 0,2 kg
Специфична топлота воде (c воде) = 4180 J/kg C^o
Специфична топлота леда (c es) = 2100 J/kg C^o
Топлота топљења воде (L)_f вода) = 334.000 Ј/кг
Температура леда (T es) = -10^oC
Температура топле воде за чај (Т чаја) = 40^oC
Питао коначна температура смеше (Т смеше)?
Јаваб :
Први корак, процените коначно стање.
Топлота коју вода мора да ослободи да би снизила температуру 0,2 кг топлог чаја са 40^oЦ до 0^oВС:
Топлота коју апсорбује 0,2 кг леда да би подигла своју температуру са -10^oЦ до 0^oВС:
Топлота апсорбована за топљење 0,2 кг леда (топлота потребна да се сав лед претвори у воду):
На основу горе наведених прорачуна, добијени су следећи резултати:
Q ослобођено = 33,444 kJ
Q примљено = 4,2 kJ
Q топљења = 66,8 kJ

Када врућ чај ослободи 33,44 kJ топлоте, температура врућег чаја се мења са 40°C на 0°C. Део ослобођене топлоте (око 4,2 kJ) се користи за подизање температуре леда са -10°C ^на 0°C ^. 33,44 kJ – 4,2 kJ = 29,24 kJ. Да би се сав лед отопио у воду, потребно је 66,8 kJ топлоте. Преостала топлота је 29,24 kJ.

Може се закључити да се топлота коју ослобађа врући чај користи само за подизање температуре леда са -10 ^° C на 0 ^° C и за топљење дела леда. Део леда се претворио у воду, док део није. Током процеса преласка из чврстог у течно стање, температура се не мења. Стога је коначна температура смеше 0 ^° C.

2. Маса врућег чаја = 0,4 кг, маса леда = 0,2 кг, температура коцкица леда = -10^oC, температура врућег чаја = 90^oC. Ако се оба помешају, која је коначна температура смеше?
Пембахасан
Први корак: процена коначног стања
Топлота коју вода мора да ослободи да би снизила температуру 0,4 кг вруће воде за чај са 90^oЦ до 0^oВС:
Топлота коју прими 0,2 кг леда да би подигла своју температуру са -10^oЦ до 0^oВС:
Топлота потребна за топљење 0,2 кг леда (топлота потребна да се сав лед претвори у воду):
На основу горе наведених прорачуна, добијени су следећи резултати:
Q ослобођено = 150,48 kJ
Q примљено = 4,2 kJ
Q топљења = 66,8 kJ
Када врућ чај ослободи 150,48 kJ топлоте, температура врућег чаја се мења са 90°C на 0°C. Део ослобођене топлоте (4,2 J) се користи за подизање температуре леда са -10°C на 0°C. 150,48 kJ – 4,8 kJ = 146,28 kJ. Преостала топлота = 146,28 kJ.
Топлота потребна да се сав лед отопи у воду је само 66,8 kJ. 146,28 kJ – 66,8 kJ = 79,48 kJ. Врућ чај не мора да ослободи сву своју топлоту док му температура не падне на 0^oC. Закључно, коначна температура смеше мора бити већа од 0^oC.

Други корак: одређивање коначне температуре (T)
Топлота потребна да се температура леда подигне са -10^oЦ до 0^oC је 4200 Ј.
Топлота потребна да се сав лед отопи у воду (латентна топлота) = 66.800 Ј
Топлота потребна за подизање температуре воде (воде која настаје топљењем свег леда) од 0^oC до T^oC = (маса леда)(специфична топлота воде)(T – 0) = (0,2)(4180)(T) = 836 T
Топлота коју ослобађа топли чај да би снизио своју температуру са 90°C на Т = (густина воде)(90-Т) = (0,4)(4180)(90 – Т) = 1672 (90-Т) = 150.480 – 1672 Т

 

3. 60 грама воде на температури од 90 ^o C (специфична топлота воде = 1 cal.g ^-1 . ^o C ^-1 ) се меша са 40 грама сличне воде на температури од 25 ^o C. Ако нема других фактора који утичу на овај процес, онда је коначна температура смеше...

А. КСНУМКС ^oC
Б. КСНУМКС ^oC
Ц. КСНУМКС ^oC
Д. КСНУМКС ^oC
Е. 77,0 ^oC

Пембахасан
познато је :
Маса воде 1 (м₁) = 60 грама
Температура воде 1 (T₁) = КСНУМКС^oC
Маса воде 2 (м₂) = 40 грама
Температура воде 2 (T₂) = КСНУМКС^oC
Специфична топлота вода (ц) = 1 кал.г^-1.^oC^-1
Питао : суху финална мешавина
Јаваб :
Топлота коју ослобађа вода високе температуре (Q ослобођено) = топлота коју апсорбује вода ниске температуре (Q апсорбовано)
m₁ c (ΔT) = m₂ ц (ΔТ)
(60)(1)(90 – Т) = (40)(1)(Т – 25)
(60)(90 – Т) = (40)(Т – 25)
5400 – 60T = 40T – 1000
5400 + 1000 = 40T + 60T
6400 = 100Т
Т = 6400/100
Т = 64^oC
Тачан одговор је Д.

4. Комад алуминијума има масу од 500 грама и температуру од 30 ^oC се ставља у посуду која садржи воду масе 200 грама и температуре 90 ^oC. Ако је познато да је специфична топлота алуминијума 0,22 cal/g C^o а специфична топлота воде је 1 cal/g C^o, онда је коначна температура воде и алуминијума...
А. КСНУМКС ^oC
Б. КСНУМКС ^oC
Ц. КСНУМКС ^oC
Д. КСНУМКС ^oC
Е. 100 ^oC
Дискусија:
Јединица масе, грами (г), не мора се претварати у килограме (кг) јер се специфична топлота алуминијума и специфична топлота воде изражавају у кал/г C.^o.
познато је :
m алуминијума = 500 грама
c алуминијума = 0,22 cal/gC^o
Т алуминијума = 30 ^oC
м воде = 200 грама
c воде = 1 cal/gC^o
Т воде = 90 ^oC
Питао :
Коначна температура (T) воде и алуминијума?
Јаваб :

Формула за топлоту : Q = (m)(c)(ΔT)

Q вода = = (200 грама)(1 cal/gC^o) (90 ^oЦ – Т)
Q алуминијума = (500 грама)(0,22 кал/гЦ^o)(Т– 30 ^oC)

Блекова основна формула _{: ослобођени} Q = _{апсорбовани} Q

Вода има вишу почетну температуру (90 ^oC) тако да вода ослобађа топлоту, алуминијум има нижу почетну температуру (30 ^oЦ) тако да алуминијум апсорбује топлоту. Коначна температура смеше воде и алуминијума мора бити нижа од почетне температуре воде и виша од почетне температуре алуминијума.
(200 грама)(1 калорија/гЦ^o) (90 ^oC – T) = (500 грама)(0,22 калорије/г C^o)(Т– 30 ^oC)
(200)(1)(90-T) = (500)(0,22)(T-30)
(200)(90-Т) = (110)(Т-30)
18000 – 200 Т = 110 Т – 3300
18000 + 3300 = 110 Т + 200 Т
21300 = 310 Т
Т = 68,7 ^oC
Коначна температура комбинације воде и алуминијума је 68,7 ^oC.
Тачан одговор је Ц.

5. Комад метала масе 300 грама на температури од 80 ^oC потопљено у 200 грама воде на 40 ^oC. Специфична топлота воде = 1 cal/g C^oАко је коначна температура смеше метала и воде 50^o C и посуда не апсорбује топлоту, онда је специфична топлота метала…
А. 0,15 кал/г Ц^o
Б. 0,22 кал/г Ц^o
C. 1,50 kcal/g C^o
D. 4,8 cal/g C^o
E. 7,2 cal/g C^o
Дискусија:
познато је :
m метал = 300 грама
Т метал = 80 ^oC
м воде = 200 грама
Т воде = 40 ^oC
c воде = 1 cal/g C^o
Т коначне смеше метала и воде = 50 ^oC
Питао :
ц метал?
Јаваб :
Q метал = (m)(c)(ΔT) = (300 грама)(c метал)(80^oЦ - 50^oC) = (300 грама)(c метала)(30 C^o)
Q вода = (m)(c)(ΔT) = (200 грама)(1 cal/g C^o) (60^oЦ - 50^oC) = (200 грама)(1 калорија/г C^o)(10°C^o)

Блекова основна формула _{: ослобођени} Q = _{апсорбовани} Q

Метал има вишу почетну температуру (80 ^oC) тако да метал ослобађа топлоту, вода има нижу почетну температуру (40 ^oЦ) тако да вода апсорбује топлоту.
(300 грама)(c метал)(30 C^o) = (200 грама)(1 калорија/г Ц^o)(10°C^o)
(300)(c)(30) = (200)(1)(10)
9000 ц = 2000
ц = 2000 / 9000
c = 0,22 cal/g C^o
Специфична топлота метала је 0,22 кал/г Целзијуса^o.
Тачан одговор је Б.

6. Две идентичне лопте имају исту температуру од 40 ^oC, две куглице имају масе од 10 грама и 40 грама респективно. Обе куглице су стављене у течност, тако да температура обе куглице порасте на 60^oC. Ако је специфична топлота лопте 2 cal/gr C^o и 1 калорија = 4,2 џула, онда је разлика у топлоти коју апсорбује свака лоптица...
А. 5,04 x 10³ Јоуле
Б. 7,50 к 10³ Јоуле
C. 10,6 x 10³ Јоуле
Д. 40 к 10³ Јоуле
Е. 42 x 10³ Јоуле
Дискусија:
познато је :
m₁ = 10 грама
m₂ = 40 грама
T₁ = Т₂ = КСНУМКС ^oC
T _акхир = КСНУМКС ^oC
c лопта = 2 калорије/гр C^o
Питао :
Колика је разлика у топлоти коју апсорбује свака лопта?
Јаваб :
Температура обе куглице се повећава јер обе куглице морају да апсорбују топлоту.
Q₁ = (10 гр)(2 кал/гр Ц^o) (60^oЦ–40^oC) = (10 гр)(2 калорије/гр C^o)(20°C^o) = 400 кал = (400) (4,2 Ј) = 1680 џула
Q₂ = (40 гр)(2 кал/гр Ц^o) (60^oЦ–40^oC) = (40 гр)(2 калорије/гр C^o)(20°C^o) = 1600 кал = (1600) (4,2 Ј) = 6720 џула
Разлика у топлоти коју апсорбује свака лопта:
6720 Ј – 1680 Ј = 5040 Ј = 5,04 к 10³ J
Тачан одговор је А.

7. Вода масе 200 грама на температури од 30°C помешана је са кључалом водом масе 100 грама и температуре 90°C. (Специфична топлота воде = 1 кал.грам ^-1 °C ^-1 ). Температура помешане воде у тренутку термичке равнотеже је….

А. 10°Ц

Б. 30°Ц

Ц. 50°Ц

Д. 75°Ц

И. 150°C

Пембахасан

Познато је да :

Маса воде 1 (м ₁ ) = 200 грама

Температура воде 1 (T ₁ ) = 30 ^° C

Маса воде 2 (м ₂ ) = 100 грама

Температура воде 2 (T ₂ ) = 90 ^° C

Специфична топлота воде (c) = 1 кал.грам ⁻¹ °C ⁻¹

Питање : коначна температура смеше

Одговор :

Топлота коју ослобађа вода високе температуре (Q ослобођено) = топлота коју апсорбује вода ниске температуре (Q апсорбовано)

Тачан одговор је Ц.

8. 60 грама воде на температури од 90 ^o C (специфична топлота воде = 1 cal.g ^-1 . ^o C ^-1 ) се меша са 40 грама сличне воде на температури од 25 ^o C. Ако нема других фактора који утичу на овај процес, онда је коначна температура смеше...

A. 15,4 ^° C

B. 23,0 ^° C

46,0 ^° C

D. 64,0 ^° C

E. 77,0 ^° C

Пембахасан

Познато је да :

Маса воде 1 (м ₁ ) = 60 грама

Температура воде 1 (T ₁ ) = 90 ^° C

Маса воде 2 (м ₂ ) = 40 грама

Температура воде 2 (T ₂ ) = 25 ^° C

Специфична топлота воде (c) = 1 cal ^{· g⁻¹} · ^o C⁻¹

Питање : коначна температура смеше

Одговор :

Топлота коју ослобађа вода високе температуре (Q ослобођено) = топлота коју апсорбује вода ниске температуре (Q апсорбовано)

Тачан одговор је Д.

9. Лед масе M грама на температури од 0 ^° C ставља се у воду масе 340 грама на температури од 20 ^° C која је смештена у посебну посуду. Претпоставимо да посуда не апсорбује/ослобађа топлоту. Ако је L _леда = 80 cal g ^-1 , c _воде = 1 cal g ^{-1 °} C ^-1 , сав лед се топи и термичка равнотежа се постиже на температури од 5 ^° C, тада је маса леда (M)...

А. 60 грама

Б. 68 грама

C. 75 грама

Д. 80 грама

E. 170 грама

Пембахасан

Познато је да :

Маса воде (m) = 340 грама

Температура леда (T _es ) = 0 ^° C

Температура воде (T _vode ) = 20 ^° C

Температура термичке равнотеже (T) = 5 ^° C

Топлота топљења леда (L _леда ) = 80 кал г ^-1

Специфична топлота воде (c ^воде ₎ = 1 cal ^{g⁻¹ o} C⁻¹

Питање : Маса леда (M)

Одговор :

Блеков принцип каже да је у изолованом затвореном систему топлота коју ослобађа објекат високе температуре једнака топлоти коју апсорбује објекат ниске температуре.

Топлота коју ослобађа вода (Q ослобођена) = топлота коју апсорбује лед (Q апсорбована)

Тачан одговор је А.

Цататан:

Ако се наводи да је лед на температури од 0 ^°C , онда је вода још увек у чврстом стању. Ако се наводи да је вода на температури од 0 ^° C, онда је вода у течном стању. Разликујте употребу речи лед и вода. Пошто је вода још увек у чврстом стању или леду, апсорбована топлота се прво користи за топљење целог леда у воду, стога се на десној страни горње једначине додаје формула за израчунавање количине топлоте за топљење леда (m _es L _es ). Након што се сав лед отопи у воду, додатна топлота се користи за подизање температуре леда са 0 ^° C на 5 ^° C.

10. Метални бакар на температури од 100 ^° C стављен је у воду масе 128 грама и температуре 30 ^° C. Специфична топлота воде је 1 cal.g ^-1 °C ^-1 , а специфична топлота бакра је 0,1 cal.g ^-1 °C ^-1 . Ако се термичка равнотежа догоди на температури од 36 ^° C, онда је маса метала….

А. 140 грама

Б. 120 грама

C. 100 грама

Д. 80 грама

E. 75 грама

Пембахасан

Познато је да:

Температура бакра (T1 ₎ = 100 ^° C

Специфична топлота бакра (c1 ₎ = 0,1 cal· ^{g⁻¹ °} C⁻¹

Маса воде (м² ₎ = 128 грама

Температура воде (T2 ₎ = 30 ^° C

Специфична топлота воде (c² ₎ = 1 cal· ^{g⁻¹ °} C⁻¹

Температура термичке равнотеже (T) = 36 ^° C

Питање: Маса бакра ( _m1 )

Јаваб :

Блеков принцип каже да је топлота коју ослобађа објекат високе температуре = топлота коју прима објекат ниске температуре.

Тачан одговор је Б.

11. Три килограма црне оловне шипке са специфичном топлотом од 1400 J.kg ^-1 C ^-1 на температури од 80 ^° C потопљене су у 10 kg воде са специфичном топлотом од 4200 J.kg ^-1 C ^-1 . Након што се постигне термичка равнотежа, коначна температура смеше је 20 ^° C. Почетна температура воде је….

A. 20 ^° C

B. 18 ^° C

14 ^° C

D. 12 ^° C

E. 10 ^° C

Пембахасан

Познато је да:

Маса олова (m1 ₎ = 3 kg

Специфична топлота калаја (c1 ⁾ ₌ 1400 J· ^kg⁻¹ C⁻¹

Температура калаја (T1 ₎ = 80 ^° C

Маса воде (м² ₎ = 10 кг

Специфична топлота воде (c² ⁾ ₌ 4200 J· ^kg⁻¹ C⁻¹

Температура термичке равнотеже (T) = 20 ^° C

Жељена: Почетна температура воде ( _T2 )

Јаваб :

Тачан одговор је Ц.

12. Новчић од 50 грама се загрева на температуру од 85 ^° C, затим се урања у посуду која садржи 50 грама воде на температури од 29,8 ^° C (специфична топлота воде = 1 cal.g ^-1 . ^° C ^-1 ). Ако је коначна температура система 37 ^° C и претпоставимо да нема промене топлоте кроз посуду, онда је специфична топлота метала...

А. 0,12 кал.г ^-1 . ^o C ^-1

Б. 0,30 кал.г ^-1 . ^о Ц ^-1

C. 1,50 кал.г ^-1 . ^o C ^-1

D. 4,8 кал.г ^-1 . ^o C ^-1

Е. 7,2 ^{кал.г⁻¹ ⁻¹} ° ^C

Пембахасан

Познато је да:

Маса новчића (m) = 50 грама

Почетна температура новчића (T1 ₎ = 85 ^° C

Маса воде (m) = 50 грама

Почетна температура воде (T2 ₎ = 29,8 ^° C

^{Специфична топлота} воде = 1 cal· ^g⁻¹ · ^° C⁻¹

Коначна температура система (T) = 37 ^° C

Питање: Специфична топлота метала (c)

Јаваб :

Блеков принцип каже да је ослобођена топлота = апсорбована топлота. Топлоту ослобађа новчић, а топлоту апсорбује вода, све док се не постигне термичка равнотежа.

Све јединице су изражене у грамима тако да нема потребе за претварањем јединица.

_{Ослобођени} Q = _{апсорбовани Q}

m _метал c ΔT = m _вода c ΔT

(50)(c)(85-37) = (50)(1)(37-29,8)

(50)(ц)(48) = (50)(7,2)

(50)(ц)(48) = (50)(7,2)

(ц)(48) = 7,2

ц = 7,2 / 48

c = 0,15 кал.г ^-1 . ^o C ^-1

13. Метални бакар на температури од 100 ^° C стављен је у воду масе 128 грама и температуре 30 ^° C. Специфична топлота воде је 1 cal.g ^{-1 °} C ^-1 , а специфична топлота бакра је 0,1 cal.g ^{-1 °} C ^-1 . Ако се термичка равнотежа догоди на температури од 36 ^° C, онда је маса метала….

А. 140 грама
Б. 120 грама
C. 100 грама
Д. 80 грама
E. 75 грама

Пембахасан
Познато је да:
Температура бакра (T₁) = КСНУМКС ^oC
Специфична топлота бакра (c₁) = 0,1 кал.г^{-1 o}C^-1

Маса воде (м₂) = 128 грама
Температура воде (T₂) = КСНУМКС ^oC
Специфична топлота воде (c₂) = 1 кал.г^{-1 o}C^-1

Температура термичке равнотеже (T) = 36 ^oC
Питање: Маса бакра (м₁)
Јаваб :

Блеков принцип каже да је топлота коју ослобађа објекат високе температуре = топлота коју прима објекат ниске температуре.
Q бакра = Q воде
m₁ c₁ ΔT = m₂ c₂ ΔТ
(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 = КСНУМКС
Маса бакра је 120 грама.
Тачан одговор је Б.

14. Три килограма црне оловне шипке са специфичном топлотом од 1400 J.kg ^-1 C ^-1 на температури од 80 ^° C потопљене су у 10 kg воде са специфичном топлотом од 4200 J.kg ^-1 C ^-1 . Након што се постигне термичка равнотежа, коначна температура смеше је 20 ^° C. Почетна температура воде је….

А. КСНУМКС ^oC
Б. КСНУМКС ^oC
Ц. КСНУМКС ^oC
Д. КСНУМКС ^oC
Е. 10 ^oC

Пембахасан
Познато је да:
Маса олова (м₁) = 3 кг
Специфична топлота калаја (c₁) = 1400 Ј·кг^-1 C^-1
Температура калаја (T₁) = КСНУМКС ^oC

Маса воде (м₂) = 10 кг
Специфична топлота воде (c₂) = 4200 Ј·кг^-1 C^-1

Температура термичке равнотеже (T) = 20 ^oC
Жељена: Почетна температура воде (T₂)
Јаваб :
Q ослобођено = Q примљено
Q калаја = Q воде
m₁ c₁ ΔT = m₂ c₂ ΔТ
(3)(1.400)(80-20) = (10)(4.200)(20-T)
(4.200)(60) = (42.000)(20-T)
252.000 = 840.000 – 42.000 Т
42.000 Т = 840.000 – 252.000
42.000 Т = 588.000
Т = 588.000 / 42.000
Т = 14
Почетна температура воде је 14^oC.
Тачан одговор је Ц.

15. Лед масе M грама на температури од 0 ^° C ставља се у воду масе 340 грама на температури од 20 ^° C која је смештена у посебну посуду. Претпоставимо да посуда не апсорбује/ослобађа топлоту. Ако је L _леда = 80 cal g ^-1 , c _воде = 1 cal g ^{-1 °} C ^-1 , сав лед се топи и термичка равнотежа се постиже на температури од 5 ^° C, тада је маса леда (M)...

А. 60 грама
Б. 68 грама
C. 75 грама
Д. 80 грама
E. 170 грама

Пембахасан
познато је :
Маса воде (m) = 340 грама
Температура леда (T_es) = КСНУМКС^oC
Суху вода (Т_ваздух) = КСНУМКС^oC
Температура термичке равнотеже (T) = 5^oC
Топлота топљења леда (L_es) = 80 кал г^-1
Специфична топлота воде (c_ваздух) = 1 кал г^{-1 o}C^-1
Питао Маса леда (M)
Јаваб :

Црни принцип наводи да је у изолованом затвореном систему топлота коју ослобађа објекат високе температуре иста као и топлота коју апсорбује објекат ниске температуре.
Топлота коју ослобађа вода (Q ослобођена) = топлота коју апсорбује лед (Q апсорбована)
m_ваздух c_ваздух (Т) = м_es L_es + м_es c_ваздух (Т)
(340)(1)(20-5) = М(80) + М(1)(5-0)
(340)(15) = 80M + 5M
5100 = 85М
М = 5100/85
М = 60 грама
Тачан одговор је А.

Цататан:
Ако се наведе да лед има температуру 0^o онда је вода још увек у чврстом стању. Ако се наведе да је температура воде 0^oC онда је вода у течном облику. Разликујте употребу речи лед и вода. Пошто је вода још увек у чврстом или леденом облику, топлота која се прво апсорбује користи се за топљење целог леда у воду, стога се на десној страни горње једначине додаје формула за израчунавање количине топлоте потребне за топљење леда (m_es L_es). Након што се сав лед отопи у воду, додатна топлота се користи да би се температура леда подигла са 0^oC постаје 5^oC.

Извор питања:

Питања из физике за национални испит за средњу школу/стручну средњу школу