Siyah Prensipleri Anlamak
Açık bir kapta (örneğin bir kovada) sıcak ve soğuk suyu karıştırırsak, ısı sıcak sudan soğuk suya geçer. Kap açık olduğu için ısının bir kısmı havaya da geçer. Kap da ısınır. Sıcak suyun saldığı ısı sadece soğuk su tarafından değil, aynı zamanda hava ve kap tarafından da emilir. Bu durumda kova, yalıtımlı olmayan bir sistemdir.
Kapalı bir termosta sıcak ve soğuk suyu karıştırdığımızda, ısı sıcak sudan soğuk suya geçer . Termos izole bir sistemdir , bu nedenle havaya veya termosa ısı transferi olmaz. Sıcak su tarafından salınan ısı, karışım termal dengeye ulaşana kadar soğuk su tarafından emilir.
Black ilkesi, izole edilmiş kapalı bir sistemde, yüksek sıcaklıktaki bir cismin yaydığı ısının, düşük sıcaklıktaki bir cismin emdiği ısıya eşit olduğunu belirtir.
Black'in temel formülü
Qlepalar = Q,serap
Açıklama: Qlepalar = yüksek sıcaklıktaki bir cisim tarafından salınan ısı, Qserap = düşük sıcaklıktaki cisimler tarafından emilen ısı.
Black'in temel örnek soruları
1. Kütlesi 1 kg ve sıcaklığı 100°C olan sıcak bir demir parçası oC, kütlesi 2 kg ve sıcaklığı 20°C olan su dolu bir kaba konuluyor. oC. Karışımın son sıcaklığı nedir? Demirin özgül ısı kapasitesi = 450 J/kg °CoSuyun özgül ısı kapasitesi = 4200 J/kg °Co.
Pembahasan:
Bilinen :
m demir = 1 kg, Tinanmak = 100 oC, m su = 2 kg, Thava = 20 oC, c demir = 450 J/kg Co, c su = 4200 J/kg Co.
Soruldu :
T karışımı mı?
Cevab :
Demir, sudan daha yüksek bir sıcaklığa sahip olduğundan, demir ısıyı açığa çıkarır, su ise ısıyı emer.
(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 Hem sıcak demir hem de soğuk su termal denge halindeyken, karışımın son sıcaklığı 24 derecedir. oC.
2. 2015/2016 SMA/MA Fizik Ulusal Sınavı Soru No. 20
0 ° C sıcaklığındaki 75 gram su, 50 gram suyla karıştırılarak karışımın sıcaklığı 40 ° C'ye çıkarılıyor. Buna göre, 50 gram suyun başlangıç sıcaklığı nedir?
A. 125 ° C
B. 120 ° C
C. 110 oC
D. 100 ° C
E. 80 oC
Pembahasan
Şunlar bilinmektedir:
Suyun kütlesi 1 (m 1 ) = 75 gram
Suyun ilk sıcaklığı 1 (T 1 ) = 0 ° C
Suyun kütlesi 2 (m 2 ) = 50 gram
Karışımın son sıcaklığı (T) = 40 ° C
Kütle birimleri aynı olduğundan dönüştürme işlemine gerek yoktur.
İstenen: Suyun başlangıç sıcaklığı 2 (T 2 )
Cevap :
Black ilkesi, izole edilmiş kapalı bir sistemde, yüksek sıcaklıktaki bir cismin yaydığı ısının, düşük sıcaklıktaki bir cismin emdiği ısıya eşit olduğunu belirtir.
salınan Q = emilen Q
m 1 c ( Δ T 1 ) = m 2 c ( Δ T 2 )
Suyun özgül ısısı aynı olduğundan, c denklemden çıkarılır.
m 1 ( Δ T 1 ) = m 2 ( Δ T 2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T 2 – 40)
(75)(40) = (50)(T 2 – 40)
3000 = 50 T 2 – 2000
3000 + 2000 = 50 T 2
5000 = 50 T 2
T 2 = 100
Doğru cevap D şıkkıdır.
3. 2015/2016 SMA/MA Fizik Ulusal Sınavı Soru No. 20
200 gram metal 120 ° C'ye ısıtıldıktan sonra 30 ° C sıcaklığındaki 100 gram suya konuluyor. Denge sağlandıktan sonra karışımın sıcaklığı 60 ° C oluyor. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J.kg⁻¹ ° C⁻¹ ise , metalin özgül ısı kapasitesi nedir?
A. 10,5 J.kg -1o C -1
B. 105 J.kg -1o C -1
C. 150 J.kg -1o C -1
D. 1050 J.kg -1o C -1
E. 1500 J.kg -1o C -1
Pembahasan
Kütle birimlerinin gramdan kilograma dönüştürülmesi (Uluslararası Birim Sistemi)
Şunlar bilinmektedir:
Metal kütlesi (m 1 ) = 200 gram = 0,2 kg
Metal sıcaklığı (T 1 ) = 120 o C
Suyun kütlesi (m² ) = 100 gram = 0,1 kg
Su sıcaklığı (T 2 ) = 30 o C
Karışımın son sıcaklığı (T) = 60 ° C
Suyun özgül ısı kapasitesi (c₂ ) = 4200 J.kg⁻¹ ° C⁻¹
Sorulan soru: Metalin özgül ısısı (c 1 )
Cevap :
salınan Q = emilen Q
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 c 1 = 12600
c 1 = 12600 / 12
c 1 = 1050
Doğru cevap D şıkkıdır.
4. 2018 Lise/Meslek Lisesi Ulusal Sınav Soruları
35 ° C sıcaklıktaki 400 ml su içeren bir tencereye 250 ml kaynar su (100 ° C) dökülüyor . Isı dengesi sağlandıktan sonra karışımın sıcaklığı ne olur? (Suyun özgül ısı kapasitesi 1,0 cal.gr⁻¹ . ° C⁻¹ )
Pembahasan
Biliniyor:
Sıcak su sıcaklığı = 100 ° C
Sıcak suyun hacmi = 250 ml = 0,25 litre = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³ ) = 250 cm³
Soğuk su sıcaklığı = 35 ° C
Soğuk suyun hacmi = 400 ml = 0,4 litre = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³ ) = 400 cm³
Suyun özgül ısı kapasitesi = 1,0 cal.gr⁻¹ . ° C⁻¹
Suyun yoğunluğu = 1 gr/ cm³
Sorulan soru: Karışım sıcaklığı
Cevap:
Yoğunluk formülünü kullanarak sıcak ve soğuk suyun kütlesini hesaplayın:
m = ρ V
m = kütle, ρ = yoğunluk, V = hacim
Sıcak suyun kütlesi: m = ρ V = ( 1 gr/cm 3 )(250 cm 3 ) = 250 gram
Soğuk suyun kütlesi: m = ρ V = ( 1 gr/cm 3 )(400 cm 3 ) = 400 gram
Black prensibi formülünü kullanarak karışımın sıcaklığını hesaplayın:
Soğuk suyun emdiği ısı = sıcak suyun saldığı ısı
mc Δ T = mc Δ T
Özgül ısı aynı olduğundan denklemden çıkarılır.
m Δ T = m Δ T
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000 / 650
T = 60 ° C
