หลักการสีดำ – ปัญหาและแนวทางแก้ไข
1. น้ำ 200 กรัม ที่อุณหภูมิ 30°C ผสมกับน้ำ 100 กรัม ที่อุณหภูมิ 90°C ความร้อนจำเพาะ น้ำ 1 กรัม = 1 แคลอรี-1° C-1จงหาอุณหภูมิสุดท้ายของส่วนผสม!
เป็นที่รู้จัก :
มวล ของน้ำ 2 (ม.)1) = 200 กรัม
อุณหภูมิของน้ำ 1 (T)1) = 30oC
มวลของน้ำ 2 (ม.)2) = 100 กรัม
อุณหภูมิของน้ำ 2 (T)2) = 90oC
ความร้อนจำเพาะของน้ำ (c) = 1 แคลอรีต่อกรัม-1° C-1
เป็นที่ต้องการ : อุณหภูมิสุดท้าย
วิธีการแก้ปัญหา:
ความร้อน เผยแพร่โดย Hooter Water (Q)2) = ความร้อนที่น้ำเย็นดูดซับ (Q)1)
m2 c (ΔT) = m1 c (ΔT)
(100)(1)(90 – T) = (200)(1)(T – 30)
(100)(90 – T) = (200)(T – 30)
9000 – 100T = 200T – 6000
9000 + 6000 = 200 ตัน + 100 ตัน
15000 = 300 ตัน
T = 15000/300
ที = 50oC
2. 60 กรัม ที่ 90oC ผสมกับน้ำ 40 กรัม ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียสoค. อุณหภูมิสุดท้ายของส่วนผสมคือเท่าใด ความร้อนจำเพาะของน้ำ = 1 แคลอรี/กรัม-1.oC-1.
เป็นที่รู้จัก :
มวลของน้ำ 1 (ม.)1) = 60 กรัม
อุณหภูมิของน้ำ 1 (T)1) = 90oC
มวลของน้ำ 2 (ม.)2) = 40 กรัม
อุณหภูมิของน้ำ 2 (T)2) = 25oC
ความร้อนจำเพาะของน้ำ (c) = 1 แคลอรีต่อกรัม-1.oC-1
เป็นที่ต้องการ : อุณหภูมิสุดท้าย
วิธีการแก้ปัญหา:
ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากน้ำในฮูเตอร์ (Q)2) = ความร้อนที่น้ำเย็นดูดซับ (Q)1)
m1 c (ΔT) = m2 c (ΔT)
(60)(1)(90 – T) = (40)(1)(T – 25)
(60)(90 – T) = (40)(T – 25)
5400 – 60T = 40T – 1000
5400 + 1000 = 40 ตัน + 60 ตัน
6400 = 100 ตัน
T = 6400/100
ที = 64oC
3. น้ำแข็ง M-กรัม ที่ 0oC วางในน้ำ 340 กรัมที่อุณหภูมิ 20oC ในภาชนะเฉพาะ ความร้อนแฝงของการหลอมเหลว (L)น้ำแข็ง) = 80 แคลอรี กรัม-1ความร้อนจำเพาะของน้ำ (c)น้ำ) = 1 แคลอรี กรัม-1 oC-1น้ำแข็งทั้งหมดละลายและสมดุลทางความร้อน = 5oค. หาค่ามวลของน้ำแข็ง
เป็นที่รู้จัก :
มวลของน้ำ (m) = 340 กรัม
อุณหภูมิของน้ำแข็ง (T)น้ำแข็ง) = 0oC
อุณหภูมิของน้ำ (T)น้ำ) = 20oC
อุณหภูมิสมดุลความร้อน (T) = 5oC
ความร้อนแฝงของการหลอมเหลวของน้ำแข็ง (L)น้ำแข็ง) = 80 แคลอรี กรัม-1
ความร้อนจำเพาะของน้ำ (c)น้ำ) = 1 แคลอรี กรัม-1 oC-1
เป็นที่ต้องการ : มวลของน้ำแข็ง (M)
วิธีการแก้ปัญหา:
ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากน้ำ (Q)2) = ความร้อนที่น้ำแข็งดูดซับ (Q)1)
mน้ำ cน้ำ (ΔT) = มน้ำแข็ง Lน้ำแข็ง + มน้ำแข็ง cน้ำ (ΔT)
(340)(1)(20-5) = M (80) + M (1)(5-0)
(340)(15) = 80M + 5M
5100 = 85 ล้าน
M = 5100/85
M = 60 กรัม
4. ทองแดงที่ 100oC ถูกวางในน้ำ 128 กรัม ที่อุณหภูมิ 30 oค. ความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 1 แคลอรีต่อกรัม-1oC-1 และค่าความร้อนจำเพาะของทองแดงคือ 0.1 แคลอรีต่อกรัม-1oC-1ถ้าอุณหภูมิสมดุลความร้อนเท่ากับ 36 oC. มวลของทองแดงคือเท่าไร?
เป็นที่รู้จัก :
อุณหภูมิของทองแดง (T)1) = 100 oC
ความร้อนจำเพาะของทองแดง (c)1) = 0.1 แคลอรี/กรัม-1oC-1
มวลของน้ำ (ม.)2) = 128 กรัม
อุณหภูมิของน้ำ (T)2) = 30 oC
ความร้อนจำเพาะของน้ำ (c)2) = 1 แคลอรี/กรัม-1oC-1
อุณหภูมิสมดุลความร้อน (T) = 36 oC
เป็นที่ต้องการ : มวลของทองแดง (ม.)1)
วิธีการแก้ปัญหา:
ปริมาณทองแดง = ปริมาณน้ำ
m1 c1 ΔT = m2 c2 ∆T
(m1)(0.1)(100-36) = (128)(1)(36-30)
(m1)(0.1)(64) = (128)(1)(6)
(m1)(6.4) = 768
m1 = 768/6.4
m1 = 120 กรัม
5. ตะกั่วหนัก 3 กิโลกรัม มีค่าความร้อนจำเพาะ 1400 จูลต่อกิโลกรัม-1C-1 ที่ 80oC ถูกวางในน้ำ 10 กิโลกรัม โดยที่ความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4200 J/kg-1C-1อุณหภูมิสมดุลความร้อนคือ 20oค. อุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำคือเท่าไร
เป็นที่รู้จัก :
มวลของตะกั่ว (ม.)1) = 3 กก.
ความร้อนจำเพาะของตะกั่ว (c)1) = 1400 จูล/กก.-1C-1
อุณหภูมิของตะกั่ว (T)1) = 80 oC
มวลของน้ำ (ม.)2) = 10 กก.
ความร้อนจำเพาะของน้ำ (c)2) = 4200 จูล/กก.-1C-1
อุณหภูมิสมดุลความร้อน (T) = 20 oC
เป็นที่ต้องการ : อุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำ (T)2)
วิธีการแก้ปัญหา:
การปลดปล่อย Q = การดูดซึม Q
ปริมาณตะกั่ว = ปริมาณน้ำ
m1 c1 ΔT = m2 c2 ∆T
(3)(1400)(80-20) = (10)(4200)(20-T)
(4200)(60) = (42,000)(20-T)
252,000 = 840,000 – 42,000 T
42,000 T = 840,000 – 252,000
42,000 T = 588,000
T = 588,000 / 42,000
ที = 14
อุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำคือ 14oC.
6. น้ำ 75 กรัม ที่ 0oนำ C มาผสมกับน้ำ 50 กรัม จนอุณหภูมิของส่วนผสมอยู่ที่ 40 องศาเซลเซียสoค. อุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำ 50 กรัมคือเท่าไร
เป็นที่รู้จัก :
มวลของน้ำ 1 (ม.)1) = 75 กรัม
อุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำ 1 (T)1) = 0oC
มวลของน้ำ 2 (ม.)2) = 50 กรัม
อุณหภูมิของส่วนผสม (T) = 40oC
เป็นที่ต้องการ : อุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำ 2 (T)2)
วิธีการแก้ปัญหา:
ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากน้ำในฮูเตอร์ (Q)ปล่อย) = ความร้อนที่น้ำเย็นดูดซับ (Q)ดูดซับ)
m1 c (ΔT1) = ม.2 c (ΔT2)
m1 (ΔT1) = ม.2 (ΔT2)
(75)(40 – 0) = (50)(T2 - 40)
(75)(40) = (50)(T2 - 40)
3000 = 50 ตัน2 - 2000
3000 + 2000 = 50 ตัน2
5000 = 50 ตัน2
T2 = 100 oC
7. โลหะหนัก 200 กรัม ให้ความร้อนถึง 120 องศาเซลเซียสoC จากนั้นนำไปแช่ในน้ำ 100 กรัมที่อุณหภูมิ 30oC. อุณหภูมิของส่วนผสมที่สมดุลทางความร้อนคือ 60 องศาเซลเซียสoค. ถ้าความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4200 จูล/กิโลกรัม-1 โอC-1ค่าความร้อนจำเพาะของโลหะคือเท่าไร
วิธีการแก้ปัญหา:
แปลงหน่วยมวลจากกรัมเป็นกิโลกรัม (หน่วยสากล)
เป็นที่รู้จัก :
มวลของโลหะ (ม.)1) = 200 กรัม = 0.2 กิโลกรัม
อุณหภูมิของโลหะ (T)1) = 120oC
มวลของน้ำ (ม.)2) = 100 กรัม = 0.1 กิโลกรัม
อุณหภูมิของน้ำ (T)2) = 30oC
อุณหภูมิของส่วนผสม (T) = 60oC
ความร้อนจำเพาะของน้ำ (c)2) = 4200 จูล/กก.-1 โอC-1
เป็นที่ต้องการ : ความร้อนจำเพาะของโลหะ (c)1)
วิธีการแก้ปัญหา:
Qปล่อย = Qซึมซับ
m1 c1 (ΔT1) = ม.2 c2 (ΔT2)
(0.2)(ค1)(120 – 60) = (0.1)(4200)(60 – 30)
(0.2)(ค1)(60) = (0.1)(4200)(30)
12 c1 = 12600
c1 = 12600/12
c1 = 1050
1. คำถาม: โจเซฟ แบล็ก คือใคร? คำตอบ: โจเซฟ แบล็ก เป็นแพทย์และนักเคมีชาวสกอตแลนด์ในศตวรรษที่ 18 ซึ่งเป็นที่รู้จักจากการค้นพบความร้อนแฝง ความร้อนจำเพาะ และคาร์บอนไดออกไซด์
2. คำถาม: ความร้อนแฝงคืออะไร? คำตอบ: ความร้อนแฝง คือปริมาณพลังงานที่สารดูดซับหรือปล่อยออกมาในระหว่างการเปลี่ยนแปลงสถานะ เช่น การหลอมเหลวหรือการเดือด โดยที่อุณหภูมิของสารนั้นไม่เปลี่ยนแปลง
3. คำถาม: ความร้อนแฝงแตกต่างจากความร้อนสัมผัสอย่างไร? คำตอบ: ความร้อนสัมผัสทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสารโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะ ในขณะที่ความร้อนแฝงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
4. คำถาม: การทดลองเรื่องความร้อนแฝงของแบล็กมีความสำคัญอย่างไรต่อการศึกษาด้านอุณหพลศาสตร์? คำตอบ: งานของแบล็กได้วางรากฐานความเข้าใจเกี่ยวกับพลังงานความร้อนและการอนุรักษ์พลังงานความร้อน ซึ่งปูทางไปสู่ความก้าวหน้าเพิ่มเติมในด้านอุณหพลศาสตร์และแคลอรีเมตรี
5. คำถาม: เหตุใดน้ำแข็งที่อุณหภูมิ 0°C และน้ำที่อุณหภูมิ 0°C จึงมีปริมาณพลังงานความร้อนที่แตกต่างกัน? คำตอบ: น้ำแข็งที่อุณหภูมิ 0°C จำเป็นต้องดูดซับความร้อนแฝงของการหลอมเหลวเพื่อกลายเป็นน้ำที่อุณหภูมิ 0°C ดังนั้น น้ำที่อุณหภูมิ 0°C จึงมีพลังงานความร้อนมากกว่าน้ำแข็งที่อุณหภูมิเดียวกันเนื่องจากการดูดซับความร้อนแฝงนี้
6. คำถาม: ความร้อนจำเพาะคืออะไร? คำตอบ: ความร้อนจำเพาะ คือปริมาณพลังงานความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของสารหนึ่งหน่วยมวลขึ้นหนึ่งองศาเซลเซียสหรือเคลวิน
7. คำถาม: งานวิจัยของแบล็กเกี่ยวกับความร้อนจำเพาะนำไปสู่ความเข้าใจเกี่ยวกับความจุความร้อนที่แตกต่างกันของสารต่างๆ ได้อย่างไร? คำตอบ: แบล็กค้นพบว่า สารต่างชนิดที่มีมวลเท่ากัน ต้องการความร้อนในปริมาณที่ต่างกันเพื่อให้ได้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเท่ากัน การสังเกตนี้ได้นำไปสู่แนวคิดเรื่องความจุความร้อนจำเพาะของสารต่างๆ
8. คำถาม: เหตุใดแนวคิดเรื่องความร้อนแฝงจึงมีความสำคัญต่อระบบสภาพอากาศ? คำตอบ: ความร้อนแฝงมีบทบาทสำคัญในระบบสภาพอากาศ เนื่องจากเป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ำ เช่น การระเหยและการควบแน่น การถ่ายเทพลังงานนี้ส่งผลต่ออุณหภูมิ การก่อตัวของเมฆ และรูปแบบสภาพอากาศ
9. คำถาม: โจเซฟ แบล็ก ใช้เครื่องมืออะไรในการวัดการเปลี่ยนแปลงความร้อนในการทดลองของเขา? คำตอบ: ในการทดลองของแบล็ก เขาใช้เครื่องวัดความร้อนแบบง่ายๆ ซึ่งเป็นเครื่องมือสำหรับวัดการเปลี่ยนแปลงความร้อน เพื่อหาปริมาณความร้อนที่ถูกดูดซับหรือปล่อยออกมา
10. คำถาม: การค้นพบก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (ซึ่งเขาเรียกว่า "อากาศคงที่") ของแบล็ก มีส่วนช่วยในวิชาเคมีอย่างไร? คำตอบ: การที่แบล็กได้ระบุว่าคาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซที่แตกต่างจากอากาศในชั้นบรรยากาศนั้น เป็นจุดเปลี่ยนสำคัญในการพัฒนาเคมีของก๊าซ และปูทางไปสู่ความเข้าใจปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับก๊าซ
