Kanuni Nyeusi

Kuelewa Kanuni za Watu Weusi

Tukichanganya maji ya moto na maji baridi kwenye chombo kilicho wazi (kwa mfano ndoo), basi uhamishaji wa joto hutokea kutoka kwa maji ya moto hadi kwenye maji baridi. Kwa sababu chombo kimefunguliwa, baadhi ya joto litatoweka. joto huingia hewani. Chombo pia huwa na joto zaidi. Joto linalotolewa na maji ya moto halifyonzwa tu na maji baridi, bali pia na hewa na chombo. Katika hali hii, ndoo ni mfumo usiotengwa.

Tukichanganya maji ya moto na maji baridi kwenye thermo iliyofungwa, hii hutokea uhamisho wa joto kutoka maji ya moto hadi maji baridi. Thermo ni mfumo uliotengwa Kwa hivyo, hakuna joto linalohamishiwa hewani au kwenye thermos. Joto linalotolewa na maji ya moto hufyonzwa tu na maji baridi hadi mchanganyiko wa maji ya moto na baridi ufikie halijoto fulani. usawa wa joto.

Kanuni Nyeusi inasema kwamba katika mfumo uliofungwa pekee, joto linalotolewa na kitu chenye halijoto ya juu = joto linalofyonzwa na kitu chenye halijoto ya chini.

Fomula ya msingi ya Black
Q_imezimwa = Swali_kunyonya
Maelezo: Q_imezimwa = joto linalotolewa na kitu chenye joto la juu, Q_kunyonya = joto linalofyonzwa na vitu vyenye halijoto ya chini.

Maswali ya mfano wa kanuni za Black

1. Kipande cha chuma cha moto chenye uzito wa kilo 1 na halijoto ya nyuzi joto 100 ^oC huwekwa kwenye chombo chenye maji yenye uzito wa kilo 2 na halijoto ya nyuzi joto 20 ^oC. Joto la mwisho la mchanganyiko ni lipi? Joto maalum la chuma = 450 J/kg C^o, joto maalum la maji = 4200 J/kg C^o.
Majadiliano:
Inajulikana :
chuma m = kilo 1, T_bec = 100 ^oC, m maji = kilo 2, T_hewa = 20 ^oC, c chuma = 450 J/kg C^o, c maji = 4200 J/kg C^o.
Aliuliza :
Mchanganyiko wa T?
Jawab :
Chuma kina halijoto ya juu kuliko maji kwa hivyo chuma hutoa joto, maji hunyonya joto.
(m)(c)(delta T) = (m)(c)(delta T)
(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 ^oC
Suhu Joto la mwisho la mchanganyiko wa chuma cha moto na maji baridi wakati vyote viko katika usawa wa joto ni 24 ^oC.

2. 2015/2016 SMA/MA Fizikia Mtihani wa Kitaifa wa Mtihani wa Kitaifa Nambari 20

Hadi gramu 75 za maji kwa joto la 0^oC imechanganywa na gramu 50 za maji ili halijoto ya mchanganyiko iwe nyuzi joto 40^oC, basi halijoto ya awali ya gramu 50 za maji ni…

A. 125^oC

B. 120^oC

C. 110^oC

D 100^oC

80^oC

Majadiliano

Inajulikana kwamba:

Uzito wa maji 1 (m₁) = gramu 75

Joto la awali la maji 1 (T)₁= 0^oC

Uzito wa maji 2 (m₂) = gramu 50

Joto la mwisho la mchanganyiko (T) = 40^oC

Vipimo vya uzito ni sawa kwa hivyo hakuna ubadilishaji unaohitajika.

Aliuliza: Joto la awali la maji 2 (T)₂)

Jibu:

Kanuni Nyeusi inasema kwamba katika mfumo uliofungwa pekee, joto linalotolewa na kitu chenye halijoto ya juu ni sawa na joto linalofyonzwa na kitu chenye halijoto ya chini.

Q_imezimwa = Swali_kunyonya

m₁ c (ΔT₁) = m₂ c (ΔT₂)

Joto maalum la maji ni sawa hivyo c kuondolewa kutoka kwa mlinganyo.

m₁ (ΔT₁) = m₂ (ΔT₂)

(75)(40 - 0) = (50)(T₂ - 40)

(75)(40) = (50)(T)₂ - 40)

3000 = 50 T₂ - 2000

3000 + 2000 = 50 T₂

5000 = 50 T₂

T₂ = 100

Jibu sahihi ni D.

3. 2015/2016 SMA/MA Swali la Mtihani wa Kitaifa wa Fizikia Nambari 20

Chuma cha gramu 200 hupashwa joto hadi 120^oKisha C huwekwa kwenye gramu 100 za maji kwa joto la nyuzi joto 30^oC. Baada ya mchanganyiko kusawazishwa, halijoto inakuwa 60^oC. Ikiwa joto maalum la maji ni 4200 J.kg^{-1 oz}C^-1, basi joto maalum la chuma ni….

A. 10,5 J.kg^-1oC^-1

B. 105 J.kg^-1oC^-1

C. 150 J.kg^-1oC^-1

D. 1050 J.kg^-1oC^-1

E. 1500 J.kg^-1oC^-1

Majadiliano

Ubadilishaji wa vitengo vya uzito kutoka gramu hadi kilo (Mfumo wa Kimataifa wa Vitengo)

Inajulikana kwamba:

Uzito wa chuma (m₁) = gramu 200 = kilo 0,2

Halijoto ya chuma (T)₁= 120^oC

Uzito wa maji (m₂) = gramu 100 = kilo 0,1

Halijoto ya maji (T)₂= 30^oC

Joto la mwisho la mchanganyiko (T) = 60^oC

Joto maalum la maji (c₂) = 4200 J.kg^{-1 oz}C^-1

Aliuliza: Joto maalum la chuma (c)₁)

Jibu:

Q_imezimwa = Swali_kunyonya

m₁ c₁ (ΔT₁) = m₂ c₂ (ΔT₂)

(0,2)(c)₁(120 - 60) = (0,1)(4200)(60 - 30)

(0,2)(c)₁(60) = (0,1)(4200)(30)

12 c₁ = 12600

c₁ = 12600/12

c₁ = 1050

Jibu sahihi ni D.

4. Maswali ya Mtihani wa Kitaifa wa SMA/MA wa 2018

Maji yanayochemka (100^oC) Mililita 250 hutiwa kwenye sufuria yenye mililita 400 za maji kwa joto la nyuzi joto 35^oC. Baada ya usawa wa joto kutokea, halijoto ya mchanganyiko ni… (joto maalum la maji 1,0 cal.gr^-1.^oC^-1)

Majadiliano

Inajulikana:

Joto la maji ya moto = 100 ^oC

Kiasi cha maji ya moto = 250 ml = lita 0,25 = 0,25 dm³ = (0,25)(sentimita 1000³) = sm 250³

Joto la maji baridi = 35 ^oC

Kiasi cha maji baridi = 400 ml = lita 0,4 = 0,4 dm³ = (0,4)(sentimita 1000³) = sm 400³

Joto maalum la maji = 1,0 cal.gr^-1.^oC^-1

Uzito wa maji = 1 g/cm³

Aliuliza: Joto la mchanganyiko

Jibu:

Hesabu uzito wa maji ya moto na baridi kwa kutumia fomula ya msongamano:

m = ρ V

m = uzito, ρ = msongamano, V = ujazo

Uzito wa maji ya moto: m = ρ V = (1 g/cm³)(sentimita 250³) = gramu 250

Uzito wa maji baridi: m = ρ V = (1 g/cm³)(sentimita 400³) = gramu 400

Hesabu halijoto ya mchanganyiko kwa kutumia fomula ya kanuni ya Black:

Joto linalofyonzwa na maji baridi = joto linalotolewa na maji ya moto

mc ΔT = mc ΔT

Joto maalum ni sawa kwa hivyo huondolewa kwenye mlinganyo.

m ΔT = m ΔT

(400)(T-35) = (250)(100-T)

400T – 14000 = 25000 – 250T

400T + 250T = 25000 + 14000

650T = 39000

T = 39000/650

T = 60 ^oC