வெப்பம் மற்றும் நிலை மாற்றம் – சிக்கல்களும் தீர்வுகளும்

வெப்பம் மற்றும் நிலை மாற்றம் – சிக்கல்களும் தீர்வுகளும்

1. வரைபடத்தின் அடிப்படையில், CD செயல்முறையின் போது 5 கிலோகிராம் நீரால் உறிஞ்சப்படும் வெப்பம் என்ன? நீரின் தன்வெப்பம் = 4,200 J/kg ^° C.

அறியப்பட்டது :

நிறை (மீ) = 5 கிலோ

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

ஆரம்ப வெப்பநிலை (T ₁ ) = 0 ^o C

இறுதி வெப்பநிலை (T ₂ ) = 10 ^o C

வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றம் (ΔT) = 10 ^° C – 0 ^° C = 10 ^° C

தேவை: வெப்பம் (Q)

தீர்வு:

Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg ^o C)(10 ^o C) = (5)(4200 J)(10) = (50)(4200 J) = 210,000 ஜூல்கள்

2. பனிக்கட்டியின் தன்வெப்பம் 2100 J/kg ^° C மற்றும் பனிக்கட்டியின் உருகுதல் வெப்பம் 336,000 J/kg எனில், AC செயல்முறையின் போது 20 கிராம் பனிக்கட்டியால் உறிஞ்சப்படும் வெப்பம் என்ன?

அறியப்பட்டது :

பனிக்கட்டியின் நிறை (m) = 200 கிராம் = 200/1000 கிலோகிராம் = 0.2 கிலோகிராம்

தன்வெப்பம் (c) = 2100 J/kg ^o C

பனிக்கட்டியின் உருகுதல் வெப்பம் (L _F ) = 336,000 J/kg

தேவை: ஏசி செயல்பாட்டின் போது பனிக்கட்டியால் உறிஞ்சப்படும் வெப்பம்

தீர்வு:

செயல்முறை AB-யின் போது, ​​பனிக்கட்டியானது வெப்பத்தை உறிஞ்சி, அதன் வெப்பநிலையை -10 ^° C-இலிருந்து 0 ^° C- ஆக மாற்றுகிறது.

Q = mc ΔT

Q = வெப்பம், m = பனிக்கட்டியின் நிறை, c = பனிக்கட்டியின் தன்வெப்பம், ΔT = வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றம்

Q ₁ = mc ΔT = (0.2)(2100)(0-(-10) = (0.2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 ஜூல்கள்

BC செயல்முறையின் போது, ​​அனைத்து பனிக்கட்டிகளையும் உருக்கி நீராக மாற்றுவதற்கு வெப்பம் உறிஞ்சப்படுகிறது. இந்தச் செயல்முறையில் நிலை மாற்றம் மட்டுமே ஏற்படுகிறது, வெப்பநிலையில் எந்த மாற்றமும் இல்லை. பனிக்கட்டி மற்றும் நீரின் வெப்பநிலை 0 ^° C ஆகவே இருக்கும்.

செயல்முறையின் போது உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பம் BC:

Q ₂ = m L _F = (0.2 kg)(336,000 J/kg) = 67,200 ஜூல்

ஏசி செயல்முறையின் போது உறிஞ்சப்படும் வெப்பம்:

Q = Q ₁ + Q ₂ = 4200 ஜூல் + 67,200 ஜூல் = 71,400 ஜூல்

3. 2 கிலோகிராம் நீர் வெப்பப்படுத்தப்படுகிறது, நீரின் ஆவியாதல் வெப்பம் = 2.27 x 10⁶ ^J /kg, நீரின் தன்வெப்பம் = 4,200 J/kg ^° C மற்றும் வளிமண்டல அழுத்தம் 1 atm எனில், BC செயல்முறையின் போது நீரால் உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பம் என்ன?

அறியப்பட்டது :

நிறை (மீ) = 2 கிலோ

நீரின் ஆவியாதல் வெப்பம் (L _V ) = 2.27 x 10 ⁶ J/kg

நீரின் தன்வெப்பம் (c) = 4,200 J/kg ^° C

தேவை : செயல்முறையின் போது உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பம் BC.

தீர்வு:

^{செயல்முறை AB-இல், நீரின் வெப்பநிலையை 60 °} C-இலிருந்து 100 ^° C- ஆக உயர்த்துவதற்காக வெப்பம் உறிஞ்சப்படுகிறது.

Q = m L _V = (2 kg)(2.27 x 10 ⁶ J/kg) = 4.54 x 10 ⁶ ஜூல் = 4540 x 10 ³ ஜூல் = 4540 கிலோ ஜூல்

4. கீழே உள்ள படத்தின் அடிப்படையில், பனிக்கட்டியின் நிறை 500 கிராம், தன்வெப்பம் 2100 J/kg ^° C மற்றும் பனிக்கட்டியின் உருகு மறைவெப்பம் 336,000 J/kg எனில், P–Q–R செயல்முறைக்குத் தேவைப்படும் வெப்பத்தைக் கண்டறியவும்.

அறியப்பட்டது :

பனிக்கட்டியின் நிறை (m) = 500 கிராம் = 500/1000 கி.கி = 0.5 கி.கி

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

உருகுதலின் மறை வெப்பம் (L _F ) = 336,000 J/kg

தேவை: வெப்பம்

தீர்வு:

செயல்முறை PQ = பனிக்கட்டியின் வெப்பநிலையை -4 ^° C இலிருந்து 0 ^° C ஆக உயர்த்துவதற்கு உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பம்

செயல்முறை QR = பனிக்கட்டி முழுவதையும் உருக்கி நீராக மாற்றுவதற்கு பனிக்கட்டியால் உறிஞ்சப்படும் வெப்பம்

செயல்முறையின் போது உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பம் PQ பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது:

Q = mc ΔT

Q = வெப்பம், m = நிறை, c = பனிக்கட்டியின் தன்வெப்பம், ΔT = வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றம்

இந்தச் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி, செயல்முறையின் போது பனிக்கட்டியால் உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பம் PQ கணக்கிடப்படுகிறது:

Q = (0.5 கிலோ)(2100 J/kg ^o C)(0 ^o C-(-4 ^o C))

Q = (0.5 கிலோ)(2100 J/kg ^o C)(0 ^o C + 4 ^o C)

Q = (0.5 கிலோ)(2100 J/kg ^o C)(4 ^o C)

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

Q = 4200 ஜூல்

செயல்முறையின் போது உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பம் QR இந்த சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது:

Q = m L _F

Q = (0.5 கி.கி)(336,000 ஜூல்/கி.கி)

Q = (0.5)(336,000 J)

Q = 168,000 ஜூல்

மொத்த வெப்பம்:

Q = 4200 ஜூல்கள் + 168,000 ஜூல்கள்

Q = 172,200 ஜூல்

Q = 172.2 கிலோ ஜூல்

Q = 172.2 kJ

5. 50 கிராம் நிறையுள்ள பனிக்கட்டி, -5 ^{° C வெப்பநிலையிலிருந்து 60 °} C வெப்பநிலையில் உள்ள நீரில் சூடுபடுத்தப்படுகிறது . பனிக்கட்டியின் உருகுதல் வெப்பம் 80 கலோரி/கிராம், பனிக்கட்டியின் தன்வெப்பம் 0.5 கலோரி/கிராம் ^° C, நீரின் தன்வெப்பம் 1 கலோரி/கிராம் ^° C எனில், CD செயல்முறைக்குத் தேவைப்படும் வெப்பத்தைக் கண்டறியவும்.

அறியப்பட்டது :

பனிக்கட்டியின் நிறை = நீரின் நிறை (m) = 50 கிராம்

பனிக்கட்டியின் உருகு உள்ளுறை வெப்பம் (L _F ) = 80 கலோரிகள்/கிராம்

பனிக்கட்டியின் தன்வெப்பம் (c ice) = 0.5 cal/gram ^o C

நீரின் தன்வெப்பம் (c water) = 1 cal/gram ^o C

தேவை: செயல்முறை குறுவட்டில் வெப்பம் தேவைப்படுகிறது

தீர்வு:

^{செயல்முறை A-இலிருந்து B-க்கு, பனிக்கட்டியின் வெப்பநிலையை -5 °} C-இலிருந்து 0 ^° C-க்கு உயர்த்துவதற்கு வெப்பம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. வெப்பம் பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது: Q = mc ΔT, இதில் Q = வெப்பம், m = பனிக்கட்டியின் நிறை, c = பனிக்கட்டிக்கான தன்வெப்பம், ΔT = -5 ^° C-இலிருந்து 0 ^° C- க்கு ஏற்படும் வெப்பநிலை மாற்றம்.

செயல்முறை B-இலிருந்து C-க்கு, அனைத்து பனிக்கட்டியையும் உருக்கி நீராக மாற்றுவதற்கு வெப்பம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்தச் செயல்முறையில், வெப்பநிலை மாற்றப்படுவதில்லை. வெப்பம் பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது: Q = m L _F , இதில் Q = வெப்பம், m = பனிக்கட்டியின் நிறை, L _F = பனிக்கட்டியின் உருகு உள்ளுறை வெப்பம்.

^{செயல்முறை C முதல் D வரை, நீரின் வெப்பநிலையை 0 °} C இலிருந்து 60 ^° C ஆக உயர்த்துவதற்கு வெப்பம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. வெப்பம் பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது: Q = mc ΔT, இதில் Q = வெப்பம், m = நீரின் நிறை, c = நீரின் தன்வெப்பம், ΔT = 0 ^° C இலிருந்து 60 ^° C வரையிலான வெப்பநிலை மாற்றம்.

செயல்முறை C முதல் D வரை தேவைப்படும் வெப்பம் :

Q = mc ΔT = (50 கிராம்)(1 கலோரி/கிராம் ^o C)(60 ^o C-0 ^o C) = (50)(1)(60) கலோரி = 3000 கலோரி

6. பனிக்கட்டியின் நிறை 1 கிலோகிராம், பனிக்கட்டியின் தன்வெப்பம் 2100 J/kg ^° C, பனிக்கட்டியின் உருகு உள்ளுறை வெப்பம் 336,000 J/kg மற்றும் நீரின் தன்வெப்பம் 4200 J/kg ^° C எனில், PQR செயல்முறைக்குத் தேவைப்படும் வெப்பத்தைக் கண்டறியவும்.

அறியப்பட்டது :

பனிக்கட்டியின் நிறை = 1 கிலோகிராம்

பனிக்கட்டியின் உருகுதல் உள்ளுறை வெப்பம் (L _F ) = 336,000 J/kg

பனிக்கட்டியின் தன்வெப்பம் (c ice) = 2,100 J/kg ^° C

நீரின் தன்வெப்பம் (c water) = 4,200 J/kg ^o C

தேவை: செயல்முறை PQR-இல் வெப்பம் தேவைப்படுகிறது

தீர்வு:

^{P முதல் Q வரையிலான செயல்முறையில், பனிக்கட்டியின் வெப்பநிலையை -5 °} C இலிருந்து 0 ^° C ஆக உயர்த்துவதற்கு வெப்பம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. வெப்பம் பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது: Q = mc ΔT, இதில் Q = வெப்பம் , m = பனிக்கட்டியின் நிறை , c = பனிக்கட்டியின் தன்வெப்பம், ΔT = -5 ^° C இலிருந்து 0 ^° C ஆக வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றம்.

P-இலிருந்து Q-க்கு மாற்றும் செயல்முறைக்குத் தேவைப்படும் வெப்பம் :

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

Q முதல் R வரையிலான செயல்முறையில், அனைத்து பனிக்கட்டியையும் உருக்கி நீராக மாற்றுவதற்குத் தேவைப்படும் வெப்பம். இந்தச் செயல்முறையில், வெப்பநிலை மாறாமல் இருக்கும். இந்தச் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி வெப்பம் கணக்கிடப்படுகிறது: Q = m L _F , இதில் Q = வெப்பம் , m = பனிக்கட்டியின் நிறை , L _F = பனிக்கட்டியின் உருகு உள்ளுறை வெப்பம்.

Q முதல் R வரையிலான செயல்முறைக்குத் தேவைப்படும் வெப்பம் :

Q = m L _F = (1)(336,000) = 336,000 ஜூல்கள்

மொத்த வெப்பம்:

10,500 + 336,000 = 346,500 ஜூல்

1. மறை வெப்பம் என்றால் என்ன?
   • பதில்மறைவெப்பம் என்பது ஒரு பொருளின் வெப்பநிலையை மாற்றாமல் அதன் நிலையை மாற்றுவதற்குத் தேவைப்படும் வெப்ப ஆற்றலாகும். நிலை மாற்றங்களின் போது மூலக்கூறிடைப் பிணைப்புகளை உடைக்க அல்லது உருவாக்கத் தேவைப்படும் ஆற்றலை இது குறிக்கிறது.
2. நிலை மாற்றத்தின் போது வெப்பநிலை ஏன் மாறாமல் இருக்கிறது?
   • பதில்நிலை மாற்றத்தின் போது, ​​வழங்கப்படும் அல்லது அகற்றப்படும் அனைத்து வெப்ப ஆற்றலும் பொருளின் நிலையை மாற்றுவதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த ஆற்றல், பொருளின் இயக்க ஆற்றலையோ அல்லது வெப்பநிலையையோ அதிகரிப்பதற்குப் பதிலாக, மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான பிணைப்புகளை உடைக்க அல்லது உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
3. உருகுதல் உள்ளுறை வெப்பத்திற்கும் ஆவியாதல் உள்ளுறை வெப்பத்திற்கும் என்ன வேறுபாடு?
   • பதில்உருகுதலின் மறைவெப்பம் என்பது, ஒரு பொருளை அதன் உருகுநிலையில் திட நிலையிலிருந்து திரவ நிலைக்கு (அல்லது நேர்மாறாக) மாற்றுவதற்குத் தேவைப்படும் வெப்ப ஆற்றலைக் குறிக்கிறது. ஆவியாதல் மறைவெப்பம் என்பது, ஒரு பொருளை அதன் கொதிநிலையில் திரவ நிலையிலிருந்து வாயு நிலைக்கு (அல்லது நேர்மாறாக) மாற்றுவதற்குத் தேவைப்படும் வெப்ப ஆற்றலைக் குறிக்கிறது.
4. காற்று வீசும் நாளில், காற்றின் வெப்பநிலை இதமாக இருந்தாலும், நீச்சல் குளத்திலிருந்து வெளியே வரும்போது நமக்கு ஏன் குளிராக உணர்கிறோம்?
   • பதில்நமது தோலில் இருந்து நீர் ஆவியாகும்போது, ​​அது திரவ நிலையிலிருந்து நீராவியாக நிலை மாற்றம் அடைகிறது. இந்தச் செயல்முறைக்கு ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது, அந்த ஆற்றல் நமது தோலில் இருந்து வெப்ப வடிவில் எடுத்துக்கொள்ளப்படுவதால், நமது தோல் குளிர்ச்சியாக உணரப்படுகிறது.
5. 100°C வெப்பநிலையில் கொதிக்கும் நீரை விட, 100°C வெப்பநிலையில் உள்ள நீராவி ஏன் அதிக ஆபத்தானது?
   • பதில்கொதிக்கும் நீரை விட நீராவியில் அதிக ஆற்றல் உள்ளது, ஏனெனில் நீர் நீராவியாக மாறும் நிலை மாற்றத்தின் போது அது ஆவியாதலின் உள்ளுறை வெப்பத்தை உறிந்துகொள்கிறது. நீராவி தோலில் ஒடுங்கும்போது, ​​அது இந்த கூடுதல் ஆற்றலை வெளியிடுகிறது, இதனால் கொதிக்கும் நீரை விட கடுமையான தீக்காயங்கள் ஏற்படுகின்றன.
6. பனிக்கட்டியில் உப்பு சேர்ப்பது அதன் உருகுநிலையை எவ்வாறு குறைக்கிறது?
   • பதில்உப்பு சேர்ப்பது, பனிக்கட்டி-நீர் கலவையின் உருகுதல் மற்றும் உறைதல் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான சமநிலையைக் குலைக்கிறது. இதனால், வழக்கத்தை விடக் குறைந்த வெப்பநிலையில் அதிக பனிக்கட்டி உருகுகிறது, இது கலவையின் உறைநிலையை திறம்படக் குறைக்கிறது.
7. வெப்பமான நாளில் வியர்ப்பது உடலைக் குளிர்விக்க ஏன் உதவுகிறது?
   • பதில்தோலில் இருந்து வியர்வை ஆவியாகும் போது, ​​அது திரவ நிலையிலிருந்து வாயு நிலைக்கு நிலை மாற்றம் அடைகிறது. இந்த ஆவியாதல் செயல்முறைக்குத் தேவைப்படும் ஆற்றல், தோலில் இருந்து எடுத்துக்கொள்ளப்பட்டு, அதனை குளிர்விக்கிறது.
8. நிலை மாற்றங்களின் பின்னணியில் பதங்கமாதல் என்றால் என்ன?
   • பதில்பதங்கமாதல் என்பது ஒரு திடப்பொருளிலிருந்து திரவ நிலையைக் கடக்காமல் நேரடியாக வாயுவாக மாறும் ஒரு நிலை மாற்றமாகும். இதற்கு ஒரு பொதுவான உதாரணம், உலர் பனிக்கட்டி (திட கார்பன் டை ஆக்சைடு) நேரடியாக கார்பன் டை ஆக்சைடு வாயுவாக மாறுவதாகும்.
9. வெப்பநிலை 0°C ஆகவே இருந்தாலும், பனிக்கட்டியை உருக்குவதற்கு ஏன் வெப்ப ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது?
   • பதில்பனிக்கட்டியை அதன் திட அமைப்பில் பிணைத்திருக்கும் மூலக்கூறிடைப் பிணைப்புகளை உடைக்க வெப்ப ஆற்றல் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்தப் பிணைப்புகள் உடைந்தவுடன், வெப்பநிலையில் எந்த மாற்றமும் இல்லாவிட்டாலும், பனிக்கட்டி திரவ நிலைக்கு மாறுகிறது.
10. அழுத்தம் ஒரு திரவத்தின் கொதிநிலையை எவ்வாறு பாதிக்கிறது?

• பதில்பொதுவாக, வெளிப்புற அழுத்தத்தை அதிகரிப்பது ஒரு திரவத்தின் கொதிநிலையை உயர்த்துகிறது, அதே சமயம் அழுத்தத்தைக் குறைப்பது கொதிநிலையைக் குறைக்கிறது. இதனால்தான், வளிமண்டல அழுத்தம் குறைவாக உள்ள உயரமான மலைப்பகுதிகளில், நீர் 100°C-க்கும் குறைவான வெப்பநிலையில் கொதிக்கிறது.