ఉష్ణం మరియు దశ మార్పు – సమస్యలు మరియు పరిష్కారాలు

ఉష్ణం మరియు దశ మార్పు – సమస్యలు మరియు పరిష్కారాలు

1. గ్రాఫ్ ఆధారంగా, CD ప్రక్రియలో 5 కిలోల నీరు గ్రహించిన ఉష్ణం ఎంత? నీటి విశిష్టోష్ణం = 4,200 J/kg ^° C.

తెలిసినది :

ద్రవ్యరాశి (మీ) = 5 కిలోగ్రాములు

నీటి విశిష్టోష్ణం (°C) = 4200 J/kg ^° C

ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత (T ₁ ) = 0 ^o C

తుది ఉష్ణోగ్రత (T ₂ ) = 10 ^o C

ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు (ΔT) = 10 ^° C – 0 ^° C = 10 ^° C

కావలసినది: హీట్ (ప్రశ్న)

పరిష్కారం:

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

2. మంచు యొక్క విశిష్టోష్ణం 2100 J/kg ^° C మరియు ద్రవీభవన ఉష్ణం 336,000 J/kg అయితే, AC ప్రక్రియలో 20 గ్రాముల మంచు గ్రహించిన ఉష్ణం ఎంత?

తెలిసినది :

మంచు ద్రవ్యరాశి (m) = 200 గ్రాములు = 200/1000 కిలోగ్రాములు = 0.2 కిలోగ్రాములు

విశిష్ట ఉష్ణం (°C) = 2100 J/kg ^° C

మంచు యొక్క ద్రవీభవన ఉష్ణం (L _F ) = 336,000 J/kg

కావలసినది: AC ప్రక్రియ సమయంలో మంచు గ్రహించే వేడి

పరిష్కారం:

AB ప్రక్రియ సమయంలో, మంచు ఉష్ణాన్ని గ్రహించి దాని ఉష్ణోగ్రతను -10 ^° C నుండి 0 ^° C కి మార్చుకుంటుంది.

Q = mc ΔT

Q = ఉష్ణం, m = మంచు ద్రవ్యరాశి, c = మంచు విశిష్టోష్ణం, ΔT = ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు

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

BC ప్రక్రియలో, మంచు మొత్తం నీరుగా కరగడానికి ఉష్ణం గ్రహించబడుతుంది. ఈ ప్రక్రియలో దశలో మాత్రమే మార్పు ఉంటుంది మరియు ఉష్ణోగ్రతలో ఎటువంటి మార్పు ఉండదు. మంచు మరియు నీటి ఉష్ణోగ్రత 0 ^° C వద్ద స్థిరంగా ఉంటుంది.

BC ప్రక్రియ సమయంలో గ్రహించిన ఉష్ణం:

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

AC ప్రక్రియ సమయంలో గ్రహించబడిన వేడి:

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

3. 2 కిలోల నీటిని వేడి చేసినప్పుడు, నీటి బాష్పీభవన ఉష్ణం = 2.27 x 10⁶ ^J /kg, నీటి విశిష్టోష్ణం = 4,200 J/kg ^° C మరియు వాతావరణ పీడనం 1 atm అయితే, BC ప్రక్రియలో నీరు గ్రహించిన ఉష్ణం ఎంత?

తెలిసినది :

ద్రవ్యరాశి (మీ) = 2 కిలోగ్రాము

నీటి బాష్పీభవన ఉష్ణం (LV ₎ = 2.27 x 10⁶ ^J /kg

నీటి విశిష్టోష్ణం (°C) = 4,200 J/kg ^° C

కావలసినది: BC ప్రక్రియ సమయంలో గ్రహించిన ఉష్ణం.

పరిష్కారం:

AB ప్రక్రియలో, నీటి ఉష్ణోగ్రతను 60 ^° C నుండి 100 ^° C కి పెంచడానికి ఉష్ణం గ్రహించబడుతుంది.

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

4. కింది పటం ఆధారంగా, మంచు ద్రవ్యరాశి 500 గ్రాములు, విశిష్ట ఉష్ణం 2100 J/kg ^° C మరియు మంచు యొక్క ద్రవీభవన గుప్త ఉష్ణం 336,000 J/kg అయితే, P–Q–R ప్రక్రియలో అవసరమైన ఉష్ణాన్ని కనుగొనండి.

తెలిసినది :

మంచు ద్రవ్యరాశి (m) = 500 గ్రాములు = 500/1000 కిలోగ్రాములు = 0.5 కిలోగ్రాములు

మంచు యొక్క విశిష్ట ఉష్ణం (°C) = 2100 J/kg ^° C

ద్రవీభవన గుప్త ఉష్ణం (L _F ) = 336,000 J/kg

కావలసినది: వేడి

పరిష్కారం:

ప్రక్రియ PQ = మంచు ఉష్ణోగ్రతను -4 ^° C నుండి 0 ^° C కి పెంచడానికి శోషించబడిన ఉష్ణం

ప్రక్రియ QR = మంచు మొత్తాన్ని నీరుగా కరిగించడానికి మంచు గ్రహించిన ఉష్ణం

ప్రక్రియ సమయంలో గ్రహించిన ఉష్ణం PQని ఈ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి లెక్కిస్తారు:

Q = mc ΔT

Q = ఉష్ణం, m = ద్రవ్యరాశి, c = మంచు యొక్క విశిష్టోష్ణం, ΔT = ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు

ఈ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి లెక్కించబడిన ప్రక్రియ PQ సమయంలో మంచు గ్రహించిన వేడి:

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

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

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

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

Q = 4200 జౌల్

ఈ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి లెక్కించబడిన ప్రక్రియ QR సమయంలో శోషించబడిన ఉష్ణం:

Q = m L _F

Q = (0.5 కిలోగ్రాములు)(336,000 జౌల్స్/కిలోగ్రాము)

Q = (0.5)(336,000 J)

Q = 168,000 జౌల్

మొత్తం వేడి:

Q = 4200 జౌల్స్ + 168,000 జౌల్స్

Q = 172,200 జౌల్

Q = 172.2 కిలో జౌల్

Q = 172.2 kJ

5. 50 గ్రాముల ద్రవ్యరాశి గల మంచును -5 ^{° C నుండి 60 °} C వద్ద ఉన్న నీరుగా వేడి చేశారు . మంచు యొక్క ద్రవీభవన ఉష్ణం 80 cal/గ్రాము, మంచు యొక్క విశిష్టోష్ణం 0.5 cal/గ్రాము ^° C, నీటి యొక్క విశిష్టోష్ణం 1 cal/గ్రాము ^° C అయితే, CD ప్రక్రియలో అవసరమైన ఉష్ణాన్ని కనుగొనండి.

తెలిసినది :

మంచు ద్రవ్యరాశి = నీటి ద్రవ్యరాశి (మీ) = 50 గ్రాములు

మంచు యొక్క ద్రవీభవన గుప్త ఉష్ణం (LF ₎ = 80 కేలరీలు/గ్రాము

మంచు యొక్క విశిష్ట ఉష్ణం (°C) = 0.5 కేలరీలు/గ్రాము ^° C

నీటి విశిష్ట ఉష్ణం (°C) = 1 cal/గ్రాము ^° C

కావలసినది: CD ప్రక్రియలో అవసరమైన వేడి

పరిష్కారం:

A నుండి B ప్రక్రియలో, మంచు యొక్క ఉష్ణోగ్రతను -5 ^° C నుండి 0 ^{° C కి పెంచడానికి ఉష్ణాన్ని ఉపయోగిస్తారు. ఉష్ణాన్ని ఈ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి లెక్కిస్తారు: Q = mc²ΔT, ఇక్కడ Q = ఉష్ణం, m = మంచు ద్రవ్యరాశి, c = మంచు యొక్క విశిష్టోష్ణం, ΔT = -5 °} C నుండి 0 ^° C కి ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు.

B నుండి C ప్రక్రియలో, మంచు మొత్తాన్ని నీరుగా కరిగించడానికి ఉష్ణం ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ ప్రక్రియలో, ఉష్ణోగ్రత మారదు. ఈ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి ఉష్ణాన్ని లెక్కిస్తారు: Q = m L _F , ఇక్కడ Q = ఉష్ణం, m = మంచు ద్రవ్యరాశి, L _F = మంచు యొక్క ద్రవీభవన గుప్త ఉష్ణం.

C నుండి D ప్రక్రియలో, నీటి ఉష్ణోగ్రతను 0 ^° C నుండి 60 ^{° C కి పెంచడానికి ఉష్ణాన్ని ఉపయోగిస్తారు. ఉష్ణాన్ని ఈ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి లెక్కిస్తారు: Q = mc²ΔT, ఇక్కడ Q = ఉష్ణం, m = నీటి ద్రవ్యరాశి, c = నీటి విశిష్టోష్ణం, ΔT = 0 °} C నుండి 60 ^° C వరకు ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు.

ప్రక్రియ C నుండి D వరకు అవసరమైన ఉష్ణం:

Q = mc ΔT = (50 గ్రాములు)(1 క్యాలరీ/గ్రాము ^° C)(60 ^° C - 0 ^° C) = (50)(1)(60) క్యాలరీలు = 3000 క్యాలరీలు

6. మంచు ద్రవ్యరాశి 1 kg, మంచు యొక్క విశిష్టోష్ణం 2100 J/kg ^° C, మంచు యొక్క ద్రవీభవన గుప్త ఉష్ణం 336,000 J/kg మరియు నీటి విశిష్టోష్ణం 4200 J/kg ^° C అయితే, PQR ప్రక్రియలో అవసరమైన ఉష్ణాన్ని కనుగొనండి.

తెలిసినది :

మంచు ద్రవ్యరాశి = 1 కిలోగ్రాము

మంచు యొక్క ద్రవీభవన గుప్త ఉష్ణం (L _F ) = 336,000 J/kg

మంచు యొక్క విశిష్ట ఉష్ణం (°C) = 2,100 J/kg ^° C

నీటి విశిష్టోష్ణం (°C) = 4,200 J/kg ^° C

కావలసినది: PQR ప్రక్రియలో అవసరమైన వేడి

పరిష్కారం:

P నుండి Q ప్రక్రియలో, మంచు యొక్క ఉష్ణోగ్రతను -5 ^° C నుండి 0 ^° C కి పెంచడానికి ఉష్ణం ఉపయోగించబడుతుంది. ఉష్ణాన్ని ఈ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి లెక్కిస్తారు: Q = mc²ΔT, ఇక్కడ Q = ఉష్ణం , m = మంచు ద్రవ్యరాశి , c = మంచు యొక్క విశిష్టోష్ణం, ΔT = -5 ^° C నుండి 0 ^° C కి ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు.

P నుండి Q ప్రక్రియలకు అవసరమైన ఉష్ణం:

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

Q నుండి R ప్రక్రియలో, మంచు మొత్తాన్ని నీరుగా కరిగించడానికి అవసరమైన ఉష్ణం. ఈ ప్రక్రియలో, ఉష్ణోగ్రత మారదు. ఈ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి ఉష్ణాన్ని లెక్కిస్తారు: Q = m L _F , ఇక్కడ Q = ఉష్ణం , m = మంచు ద్రవ్యరాశి , L _F = మంచు యొక్క ద్రవీభవన గుప్త ఉష్ణం.

Q నుండి R ప్రక్రియకు అవసరమైన ఉష్ణం:

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

మొత్తం వేడి:

10,500 + 336,000 = 346,500 జౌల్స్

1. గుప్త ఉష్ణం అంటే ఏమిటి?
   • జవాబు: ఒక పదార్థం యొక్క ఉష్ణోగ్రతను మార్చకుండా దాని దశను మార్చడానికి అవసరమైన ఉష్ణ శక్తిని గుప్త ఉష్ణం అంటారు. దశ మార్పుల సమయంలో అంతర అణు బంధాలను విచ్ఛిన్నం చేయడానికి లేదా ఏర్పరచడానికి అవసరమైన శక్తిని ఇది సూచిస్తుంది.
2. దశ మార్పు సమయంలో ఉష్ణోగ్రత ఎందుకు స్థిరంగా ఉంటుంది?
   • జవాబుదశ మార్పు సమయంలో, అందించబడిన లేదా తొలగించబడిన ఉష్ణ శక్తి అంతా పదార్థం యొక్క దశను మార్చడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ శక్తి పదార్థం యొక్క గతిజ శక్తిని లేదా ఉష్ణోగ్రతను పెంచడానికి కాకుండా, అణువుల మధ్య బంధాలను విచ్ఛిన్నం చేయడానికి లేదా ఏర్పరచడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.
3. ద్రవీభవన గుప్త ఉష్ణానికి మరియు బాష్పీభవన గుప్త ఉష్ణానికి మధ్య తేడా ఏమిటి?
   • జవాబు: ద్రవీభవన గుప్త ఉష్ణం అంటే ఒక పదార్థాన్ని దాని ద్రవీభవన స్థానం వద్ద ఘన స్థితి నుండి ద్రవ స్థితికి (లేదా దీనికి విరుద్ధంగా) మార్చడానికి అవసరమైన ఉష్ణ శక్తి. బాష్పీభవన గుప్త ఉష్ణం అంటే ఒక పదార్థాన్ని దాని బాష్పీభవన స్థానం వద్ద ద్రవ స్థితి నుండి వాయు స్థితికి (లేదా దీనికి విరుద్ధంగా) మార్చడానికి అవసరమైన ఉష్ణ శక్తి.
4. గాలి వీచే రోజున, గాలి ఉష్ణోగ్రత వెచ్చగా ఉన్నప్పటికీ, మనం స్విమ్మింగ్ పూల్ నుండి బయటకు వచ్చినప్పుడు ఎందుకు చలిగా అనిపిస్తుంది?
   • జవాబుమన చర్మం నుండి నీరు ఆవిరైనప్పుడు, అది ద్రవ రూపం నుండి ఆవిరి రూపంలోకి మారుతుంది. ఈ ప్రక్రియకు శక్తి అవసరం, ఈ శక్తి మన చర్మం నుండి వేడి రూపంలో గ్రహించబడుతుంది, దీనివల్ల మన చర్మం చల్లగా అనిపిస్తుంది.
5. 100°C వద్ద మరిగే నీటి కంటే 100°C వద్ద ఉండే ఆవిరి ఎందుకు ఎక్కువ ప్రమాదకరం?
   • జవాబుమరిగే నీటి కంటే ఆవిరిలో ఎక్కువ శక్తి ఉంటుంది, ఎందుకంటే నీరు ఆవిరిగా మారే దశలో అది బాష్పీభవన గుప్త ఉష్ణాన్ని గ్రహిస్తుంది. ఆవిరి చర్మంపై ఘనీభవించినప్పుడు, అది ఈ అదనపు శక్తిని విడుదల చేస్తుంది, దీనివల్ల మరిగే నీటి కంటే తీవ్రమైన కాలిన గాయాలు కలుగుతాయి.
6. మంచుకు ఉప్పు కలపడం దాని ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రతను ఎలా తగ్గిస్తుంది?
   • జవాబుఉప్పు కలపడం వల్ల మంచు-నీటి మిశ్రమంలోని ద్రవీభవనం మరియు ఘనీభవనం మధ్య సమతుల్యతకు భంగం కలుగుతుంది. దీనివల్ల సాధారణం కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఎక్కువ మంచు కరుగుతుంది, ఫలితంగా ఆ మిశ్రమం యొక్క ఘనీభవన స్థానం సమర్థవంతంగా తగ్గుతుంది.
7. వేడి రోజున శరీరాన్ని చల్లబరచడానికి చెమట పట్టడం ఎందుకు సహాయపడుతుంది?
   • జవాబుచర్మం నుండి చెమట ఆవిరైనప్పుడు, అది ద్రవ రూపం నుండి వాయు రూపంలోకి మారుతుంది. ఈ ఆవిరి ప్రక్రియకు శక్తి అవసరం, ఈ శక్తి చర్మం నుండి గ్రహించబడి, దానిని చల్లబరుస్తుంది.
8. దశ మార్పుల సందర్భంలో ఉత్పతనం అంటే ఏమిటి?
   • జవాబు: ఉత్పతనం అనేది ద్రవ దశ గుండా వెళ్లకుండా, ఘన స్థితి నుండి నేరుగా వాయు స్థితికి మారే ప్రక్రియ. దీనికి ఒక సాధారణ ఉదాహరణ, పొడి మంచు (ఘన కార్బన్ డయాక్సైడ్) నేరుగా కార్బన్ డయాక్సైడ్ వాయువుగా మారడం.
9. ఉష్ణోగ్రత 0°C వద్ద ఉన్నప్పటికీ మంచును కరిగించడానికి ఉష్ణ శక్తి ఎందుకు అవసరం?
   • జవాబుమంచును దాని ఘన నిర్మాణంలో పట్టి ఉంచే అణువుల మధ్య బంధాలను విచ్ఛిన్నం చేయడానికి ఉష్ణ శక్తి ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ బంధాలు విచ్ఛిన్నమైన తర్వాత, ఉష్ణోగ్రతలో ఎలాంటి మార్పు లేనప్పటికీ, మంచు ద్రవ దశలోకి మారుతుంది.
10. పీడనం ఒక ద్రవం యొక్క మరిగే స్థానాన్ని ఎలా ప్రభావితం చేస్తుంది?

• జవాబుసాధారణంగా, బాహ్య పీడనాన్ని పెంచడం వల్ల ద్రవం యొక్క మరిగే ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది, అదే పీడనాన్ని తగ్గించడం వల్ల మరిగే ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతుంది. అందుకే వాతావరణ పీడనం తక్కువగా ఉండే ఎత్తైన ప్రదేశాలలో నీరు 100°C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద మరుగుతుంది.