Att förstå svarta principer
Om vi blandar varmt och kallt vatten i en öppen behållare (till exempel en hink) överförs värme från det varma vattnet till det kalla vattnet. Eftersom behållaren är öppen överförs en del av värmen till luften. Behållaren blir också varmare. Värmen som frigörs från det varma vattnet absorberas inte bara av det kalla vattnet utan även av luften och behållaren. I det här fallet är hinken ett icke-isolerat system.
När vi blandar varmt och kallt vatten i en sluten termos överförs värme från det varma vattnet till det kalla vattnet. Termosen är ett isolerat system , så ingen värme överförs till luften eller termosen. Värmen som frigörs från det varma vattnet absorberas helt enkelt av det kalla vattnet tills blandningen når termisk jämvikt.
Blacks princip säger att i ett isolerat slutet system är den värme som frigörs av ett objekt med hög temperatur = den värme som absorberas av ett objekt med låg temperatur.
Blacks grundläggande formel
Qlepas = Qabsorbera
Beskrivning: Qlepas = värme som frigörs av ett högtemperaturobjekt, Qabsorbera = värme som absorberas av föremål med låg temperatur.
Exempelfrågor om Blacks princip
1. En bit varmt järn med en massa på 1 kg och en temperatur på 100 oC placeras i en behållare som innehåller vatten med en massa på 2 kg och en temperatur på 20 oC. Vad är blandningens sluttemperatur? Specifik värme för järn = 450 J/kg Co, vattnets specifika värme = 4200 J/kg Co.
Diskussion:
Det är känt :
m järn = 1 kg, Tlager = 100 oC, m vatten = 2 kg, Tluft = 20 oC, c järn = 450 J/kg Co, c vatten = 4200 J/kg Co.
Frågade :
T-mix?
Jawab :
Järn har en högre temperatur än vatten så järn avger värme, vatten absorberar värme.
(m)(c)(ΔT) = (m)(c)(ΔT)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400T – 168000
45000 + 168000 = 8400 ton + 450 ton
213000 = 8850 ton
T = 213000: 8850
T = 24 oC
Torr Sluttemperaturen för en blandning av varmt järn och kallt vatten när båda är i termisk jämvikt är 24 oC.
2. 2015/2016 SMA/MA Fysik Nationellt Examen Fråga nr 20
75 gram vatten med en temperatur på 0 ° C blandas med 50 gram vatten så att blandningens temperatur är 40 ° C, så den initiala temperaturen för de 50 grammen vatten är...
A. 125 ° C
B. 120 ° C
C. 110 ° C
D. 100 ° C
Ö. 80 ° C
Diskussion
Det är känt att:
Vattenmassa² (m² ) = 75 gram
Vattnets initiala temperatur 1 (T1 ) = 0 ° C
Vattenmassa² (m² ) = 50 gram
Blandningens sluttemperatur (T) = 40 ° C
Massenheterna är desamma så ingen omvandling är nödvändig.
Önskad: Vattentemperatur 2 ( T2 )
Jawab:
Blacks princip säger att i ett isolerat slutet system är den värme som frigörs av ett objekt med hög temperatur lika med den värme som absorberas av ett objekt med låg temperatur.
Q frigjort = Q absorberat
m1c ( ΔT1 ) = m2c ( ΔT2 )
Vattnets specifika värme är densamma, så c elimineras ur ekvationen.
m1 ( ΔT1 ) = m2 ( ΔT2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T2 – 40)
(75)(40) = (50)(T2 – 40)
3000 = 50 T2 – 2000
42 000 + 21 000 = 50 T²
5000 2 = 50 T²
T2 = 100
Det rätta svaret är D.
3. Nationella provfrågor nr 20 för SMA/MA fysik 2015/2016
En metall på 200 gram värms upp till 120 ° C och placeras sedan i 100 gram vatten med en temperatur på 30 ° C. Efter jämvikt blir blandningens temperatur 60 ° C. Om vattnets specifika värme är 4200 J.kg⁻¹ ° C⁻¹ , då är metallens specifika värme...
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
Diskussion
Omvandling av massenheter från gram till kilogram (Internationella enheten)
Det är känt att:
Metallmassa (m³ ) = 200 gram = 0,2 kg
Metalltemperatur (T1 ) = 120 ° C
Vattenmassa (m² ) = 100 gram = 0,1 kg
Vattentemperatur (T2 ) = 30 ° C
Blandningens sluttemperatur (T) = 60 ° C
Vattnets specifika värme (c² ) = 4200 J.kg⁻¹ o C⁻¹
Fråga: Specifik värme för metall ( c1 )
Jawab:
Q frigjort = Q absorberat
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
Det rätta svaret är D.
4. Soal FN SMA/MA 2018
250 ml kokande vatten (100 ° C) hälls i en kastrull innehållande 400 ml vatten med en temperatur på 35 ° C . Efter att termisk jämvikt uppnåtts är blandningens temperatur… (vattnets specifika värme 1,0 kcal/ gr⁻¹ . o C⁻¹ )
Diskussion
Det är känt:
Varmvattentemperatur = 100 ° C
Volym varmt vatten = 250 ml = 0,25 liter = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³ ) = 250 cm³
Kallvattentemperatur = 35 ° C
Volym kallt vatten = 400 ml = 0,4 liter = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³ ) = 400 cm³
Vattnets specifika värme = 1,0 kcal / gr⁻¹ ⁻¹ C⁻¹
Vattnets densitet = 1 gr/ cm³
Frågade: Blandningstemperatur
Jawab:
Beräkna massan av varmt och kallt vatten med hjälp av densitetsformeln:
m = ρ V
m = massa, ρ = densitet, V = volym
Massa av varmt vatten: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (250 cm³ ) = 250 gram
Massa av kallt vatten: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (400 cm³ ) = 400 gram
Beräkna blandningens temperatur med hjälp av Blacks principformel:
Värme absorberad av kallt vatten = värme frigjord av varmt vatten
mc ΔT = mc ΔT
Den specifika värmen är densamma så den elimineras från ekvationen.
m ΔT = m ΔT
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000 650 / XNUMX
T = 60 ° C
