கருப்பு கொள்கை

1. கருப்புக் கொள்கையின் வரையறை

ஒரு திறந்த பாத்திரத்தில் (உதாரணமாக ஒரு வாளியில்) சூடான மற்றும் குளிர்ந்த நீரை நாம் கலக்கும்போது, ​​சூடான நீரிலிருந்து குளிர்ந்த நீருக்கு வெப்பம் கடத்தப்படுகிறது. பாத்திரம் திறந்திருப்பதால், சிறிதளவு வெப்பம் காற்றுக்குள் செல்கிறது. பாத்திரமும் சூடாகிறது. சூடான நீரால் வெளியிடப்படும் வெப்பம், குளிர்ந்த நீரால் மட்டுமல்லாமல், வளிமண்டலம் மற்றும் பாத்திரங்களாலும் உறிஞ்சப்படுகிறது. இந்த நிலையில், வாளி ஒரு தனிமைப்படுத்தப்படாத அமைப்பாகும். ஒரு மூடிய தெர்மோஸில் சூடான மற்றும் குளிர்ந்த நீரை நாம் கலக்கும்போது, ​​சூடான நீரிலிருந்து குளிர்ந்த நீருக்கு வெப்பம் கடத்தப்படுகிறது. தெர்மோஸ்கள் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்புகளாகும், எனவே காற்றுக்கோ அல்லது தெர்மோஸுக்கோ வெப்பம் செல்வதில்லை. சூடான மற்றும் குளிர்ந்த நீரின் கலவை வெப்பச் சமநிலையை அடையும் வரை மட்டுமே, குளிர்ந்த நீர் சூடான நீரால் வெளியிடப்படும் வெப்பத்தை உறிஞ்சுகிறது.

ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட மூடிய அமைப்பில், உயர் வெப்பநிலை பொருளால் வெளியிடப்படும் வெப்பம், குறைந்த வெப்பநிலை பொருளால் உறிஞ்சப்படும் வெப்பத்திற்குச் சமம் என்று பிளாக் கோட்பாடு கூறுகிறது.

2. கருப்பு கொள்கை சூத்திரம்

Q _{வெளியீடு} = Q _{உறிஞ்சுதல்}

Q வெளியீடு = உயர் வெப்பநிலைப் பொருட்களால் வெளியிடப்படும் வெப்பம், Q உள்ளீர்ப்பு = குறைந்த வெப்பநிலைப் பொருட்களால் உள்ளீர்க்கப்படும் வெப்பம்.

3. கேள்விகள் மற்றும் கலந்துரையாடல்களுக்கான எடுத்துக்காட்டுகள்

சிக்கல் 1-க்கான எடுத்துக்காட்டு.

1 கிலோகிராம் நிறையும் 100 ^{° C வெப்பநிலையும் கொண்ட ஒரு சூடான இரும்பு, 20 °} C வெப்பநிலையும் 2 கிலோகிராம் நீரும் உள்ள ஒரு கொள்கலனில் இடப்படுகிறது. இறுதி கலவையின் வெப்பநிலை என்ன? இரும்பின் தன்வெப்பம் = 450 J/kg °C ^, நீரின் தன்வெப்பம் = 4200 J/kg ° ^C.

அறியப்பட்டது :

இரும்பின் நிறை (m) = 1 கி.கி

இரும்பின் வெப்பநிலை (T) = 100 ^° C

நீரின் நிறை (மீ) = 2 கிலோ

நீரின் வெப்பநிலை (T) = 20 ^° C

இரும்பின் தன்வெப்பம் (c) = 450 J/kg C ^o

நீரின் தன்வெப்பம் (c) = 4200 J/kg C ^o

தேவை : டி ?

தீர்வு:

இரும்பிற்கு நீரை விட அதிக வெப்பநிலை இருப்பதால், இரும்பு வெப்பத்தை வெளியிடுகிறது, நீர் வெப்பத்தை உறிந்துகொள்கிறது.

Q _{வெளியீடு} = Q _{உறிஞ்சுதல்}

mc ΔT = mc ΔT

(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)

(450)(100-T) = (8400)(T-20)

45000 – 450 டன் = 8400 டன் – 168000

45000 + 168000 = 8400 டன் + 450 டன்

213000 = 8850 டன்

T = 213000 : 8850

T = 24 ^° C

சூடான இரும்பும் குளிர்ந்த நீரும் வெப்பச் சமநிலையில் இருக்கும்போது, ​​அவற்றின் கலவையின் இறுதி வெப்பநிலை 24 ^° C ஆகும்.

பிரச்சினை 2-க்கான எடுத்துக்காட்டு.

0.2 கிலோகிராம் நிறையுள்ள பனிக்கட்டி, 0.2 கிலோகிராம் நிறையுள்ள சூடான தேநீருடன் கலக்கப்படுகிறது. பனிக்கட்டியின் வெப்பநிலை = -10 ^° C, சூடான தேநீரின் வெப்பநிலை = 40 ^° C. பனிக்கட்டியின் தன்வெப்பம் = 2100 J/kg°C ^, நீரின் தன்வெப்பம் = 4200 J/kg°C ^, நீரின் உருகுதல் வெப்பம் = 334000 J/kg. பனிக்கட்டியும் தேநீரும் ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட, மூடிய அமைப்பில் கலக்கப்படுகின்றன.

அறியப்பட்டது :

பனிக்கட்டியின் நிறை (மீ) = 0.2 கிலோகிராம்

தேயிலையின் நிறை (மி) = 0.2 கிலோகிராம்

நீரின் தன்வெப்பம் (c) = 4180 J/kg C ^o

பனிக்கட்டியின் தன்வெப்பம் (c) = 2100 J/kg C ^o

நீரின் உருகுதல் வெப்பம் (L _F ) = 334 x 10 ³ J/kg

பனிக்கட்டியின் வெப்பநிலை (T _ice ) = -10 ^° C

தேநீரின் வெப்பநிலை (T _tea ) = 40 ^° C

தேவை: டி கலவை

தீர்வு:

முதல் படி, இறுதி நிலையை மதிப்பிடுங்கள்

0.2 கிலோகிராம் வெதுவெதுப்பான தேயிலையின் வெப்பநிலையை 40°C இலிருந்து 0°C ஆகக் குறைப்பதற்கு, நீரினால் வெளியிடப்பட வேண்டிய வெப்பம்.

Q வெளியீடு = mc ∆T

Q வெளியீடு = (0.2 கி.கி) (4180 ஜூல்/கி.கி C ^o ) (40 ^o C – 0 ^o C)

Q வெளியீடு = (0.2 கி.கி) (4180 ஜூல்/கி.கி C ^o ) (40 ^o C)

Q வெளியீடு = 33,440 ஜூல்

Q வெளியீடு = 33.44 kJ

0.2 கிலோகிராம் பனிக்கட்டி வெப்பத்தை உறிஞ்சுவதால், வெப்பநிலை -10 ^° C இலிருந்து 0 ^° C ஆக அதிகரிக்கிறது.

Q உறிஞ்சப்பட்டது = mc ∆T

உறிஞ்சப்பட்ட Q = (0.2 கி.கி) (2100 ஜூல்/கி.கி C ^o ) (0 ^o C – (-10 ^o C))

உறிஞ்சப்பட்ட Q = (0.2 கி.கி) (2100 ஜூல்/கி.கி C ^o ) (10 ^o C)

உறிஞ்சப்பட்ட Q = 4,200 ஜூல்

உறிஞ்சப்பட்ட Q = 4.2 kJ

0.2 கிலோகிராம் பனிக்கட்டியை உருக்குவதற்குத் தேவைப்படும் வெப்பம் (அனைத்துப் பனிக்கட்டியையும் உருக்கி நீராக மாற்றுவதற்குத் தேவைப்படும் வெப்பம்)

Q இணைவு = m L _F

Q இணைவு = (0.2 கி.கி) (334 x 10³ ^ஜூல் /கி.கி)

Q இணைவு = 66.8 x ^10³ ஜூல்

Q இணைவு = 66.8 kJ

மேற்கண்ட கணக்கீடுகளின் அடிப்படையில், முடிவுகள்:

Q வெளியீடு = 33.44 kJ

Q உறிஞ்சுதல் = 4.2 kJ

Q இணைவு = 66.8 kJ

தேநீர் 33.44 kJ வெப்பத்தை வெளியிடும்போது, ​​தேநீரின் வெப்பநிலை 40 ^° C இலிருந்து 0 ^{° C ஆக மாறுகிறது. வெளியிடப்பட்ட வெப்பத்தில் ஒரு பகுதி (சுமார் 4.2 kJ), பனிக்கட்டியின் வெப்பநிலையை -10 °} C இலிருந்து 0 ^° C ஆக உயர்த்துவதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. 33.44 kJ – 4.2 kJ = 29.24 kJ. மீதமுள்ள வெப்பம் = 29.24 kJ. பனிக்கட்டி முழுவதையும் உருக்கி நீராக மாற்றுவதற்கு 66.8 kJ வெப்பம் தேவைப்படுகிறது. மீதமுள்ள வெப்பம் 29.24 kJ மட்டுமே.

முடிவாக, வெதுவெதுப்பான தேநீரிலிருந்து வெளியிடப்படும் வெப்பமானது, பனிக்கட்டியின் வெப்பநிலையை -10 ^° C இலிருந்து 0 ^° C ஆக உயர்த்துவதற்கும், சிறிதளவு பனிக்கட்டியை உருக்குவதற்கும் மட்டுமே பயன்படுத்தப்படுகிறது. சிறிதளவு பனிக்கட்டி உருகி நீராக மாறியுள்ளது; சிறிதளவு உருகவில்லை. ஒரு திடப்பொருளைத் திரவமாக மாற்றும் செயல்பாட்டின் போது, ​​வெப்பநிலை மாறுவதில்லை. எனவே, இறுதிக் கலவையின் வெப்பநிலை = 0 ^° C.

சிக்கல் 3- க்கான எடுத்துக்காட்டு.

சூடான தேநீரின் நிறை (m) = 0.4 கி.கி.

பனிக்கட்டியின் நிறை (மீ) = 0.2 கி.கி.

பனிக்கட்டியின் வெப்பநிலை = -10 ^° C

சூடான தேநீரின் வெப்பநிலை = 90 ^° C.

இரண்டும் கலக்கப்பட்டால், இறுதிக் கலவையின் வெப்பநிலை என்ன?

நீரின் தன்வெப்பம் (c) = 4180 J/kg ^CO₂

பனிக்கட்டியின் தன்வெப்பம் (c) = 2100 J/ kg ^CO₂

நீரின் உருகுதல் வெப்பம் (L _F ) = 334 x 103 J/kg

தீர்வு:

முதல் படி: இறுதி நிலையை மதிப்பிடுங்கள்

0.4 கிலோகிராம் சூடான தேநீரின் வெப்பநிலையை 90 ^° C இலிருந்து 0 ^° C ஆகக் குறைப்பதற்கு, நீரினால் வெளியிடப்பட வேண்டிய வெப்பம்.

Q வெளியீடு = mc ∆T

Q வெளியீடு = (0.4 கி.கி) (4180 ஜூல்/கி.கி C ^o ) (90 ^o C – 0 ^o C)

Q வெளியீடு = (0.4 கி.கி) (4180 ஜூல்/கி.கி C ^o ) (90 ^o C)

Q வெளியீடு = 150,480 ஜூல்

Q வெளியீடு = 150.48 kJ

0.2 கிலோகிராம் பனிக்கட்டியின் வெப்பநிலையை -10 ^° C இலிருந்து 0 ^° C ஆக உயர்த்துவதற்கு அது உறிஞ்சிக்கொண்ட வெப்பம்.

Q உறிஞ்சப்பட்டது = mc ∆T

உறிஞ்சப்பட்ட Q = (0.2 கி.கி) (2100 ஜூல்/கி.கி C ^o ) (0 ^o C – (-10 ^o C))

உறிஞ்சப்பட்ட Q = (0.2 கி.கி) (2100 ஜூல்/கி.கி C ^o ) (10 ^o C)

உறிஞ்சப்பட்ட Q = 4,200 ஜூல்

உறிஞ்சப்பட்ட Q = 4.2 kJ

0.2 கிலோகிராம் பனிக்கட்டியை உருக்குவதற்குத் தேவைப்படும் வெப்பம் (அனைத்துப் பனிக்கட்டியையும் நீராக மாற்றுவதற்குத் தேவைப்படும் வெப்பம்)

Q இணைவு = m L _F

Q இணைவு = (0.2 கி.கி) (334 x 10³ ^ஜூல் /கி.கி)

Q இணைவு = 66.8 x ^10³ ஜூல்

Q இணைவு = 66.8 kJ

மேற்கண்ட கணக்கீடுகளின் அடிப்படையில், முடிவுகள்:

Q வெளியீடு = 150.48 kJ

உறிஞ்சப்பட்ட Q = 4.2 kJ

Q இணைவு = 66.8 kJ

சூடான தேநீர் 150.48 kJ வெப்பத்தை வெளியிட்டபோது, ​​அதன் வெப்பநிலை 90 ^° C இலிருந்து 0 ^{° C ஆக மாறியது. வெளியிடப்பட்ட வெப்பத்தில் ஒரு பகுதி (சுமார் 4.2 kJ), பனிக்கட்டியின் வெப்பநிலையை -10 °} C இலிருந்து 0 ^° C ஆக உயர்த்துவதற்குப் பயன்படுத்தப்பட்டது.

150.48 kJ – 4.2 kJ = 146.28 kJ. மீதமுள்ள வெப்பம் = 146.28 kJ.

அனைத்து பனிக்கட்டியையும் நீராக உருக்குவதற்குத் தேவைப்படும் வெப்பம் 66.8 kJ மட்டுமே. 146.28 kJ – 66.8 kJ = 79.48 kJ. உபரி வெப்பம் 79.48 kJ எனத் தெரியவந்தது. சூடான தேநீரின் வெப்பநிலை 0 ^° C-க்குக் குறையும் வரை, அது தனது முழு வெப்பத்தையும் வெளியிடுவதில்லை. முடிவு: இறுதிக் கலவையின் வெப்பநிலை 0 ^° C-ஐ விட அதிகமாக இருக்க வேண்டும்.

இரண்டாம் படி: இறுதி வெப்பநிலையை (T) கண்டறியவும்.

^{பனிக்கட்டியின் வெப்பநிலையை -10 °} C இலிருந்து 0 ^° C ஆக உயர்த்துவதற்குத் தேவைப்படும் வெப்பம் = 4200 ஜூல்.

அனைத்து பனிக்கட்டியையும் நீராக உருக்குவதற்குத் தேவையான வெப்பம், அதாவது உள்ளுறை வெப்பம் = 66,800 ஜூல்கள்

வெப்பம், நீரின் வெப்பநிலையை (பனி உருகுதலால் உருவான நீர்) 0 ^° C இலிருந்து T = (பனிக்கட்டியின் நிறை) (நீரின் வெப்பம்) (T – 0 ^° C) = (0.2 kg) (4180 J/kg °C ⁾ (T) = (836 T) J/°C ஆக அதிகரிக்க வேண்டியிருந்தது^.

^{வெதுவெதுப்பான தேநீரின் வெப்பநிலையை 90 °} C இலிருந்து T க்கு குறைக்க அது வெளியிடும் வெப்பம் = (சூடான நீரின் நிறை) (நீரின் வெப்ப வகை) (90 ^° C – T) = (0.4 கி.கி) (4180 J/கி.கி C ^o ) (90 ^° C – T) = 1672 J/C ^o (90 ^° C – T) = 150,480 J – (1672 T) J/C ^o

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 ^° C

இறுதி வெப்பநிலை = 31.7 ^° C