Black Prensibi – Sorunlar ve Çözümler
1. 30°C'deki 200 gram su, 90°C'deki 100 gram su ile karıştırılıyor. Suyun özgül ısı kapasitesi = 1 kal.gram⁻¹ °C⁻¹ . Karışımın son sıcaklığını belirleyiniz!
Bilinenler:
Suyun kütlesi 2 (m 1 ) = 200 gram
Suyun sıcaklığı 1 (T 1 ) = 30 o C
Suyun kütlesi 2 (m 2 ) = 100 gram
Suyun sıcaklığı 2 (T 2 ) = 90 o C
Suyun özgül ısı kapasitesi (c) = 1 kal.gram −1 °C −1
Aranan: Son sıcaklık
Çözüm :
Daha soğuk su tarafından salınan ısı (Q 2 ) = daha soğuk su tarafından emilen ısı (Q 1 )
m 2 c (ΔT) = m 1 c (ΔT)
(100)(1)(90 – T) = (200)(1)(T – 30)
(100)(90 – T) = (200)(T – 30)
9000 – 100T = 200T – 6000
9000 + 6000 = 200T + 100T
15000 = 300T
T = 15000/300
T = 50 ° C
2. 90 ° C'deki 60 gram madde, 25 ° C'deki 40 gram su ile karıştırılıyor. Karışımın son sıcaklığı nedir? Suyun özgül ısı kapasitesi = 1 cal.g⁻¹ . ° C⁻¹.
Bilinenler:
Suyun kütlesi 1 (m 1 ) = 60 gram
Suyun sıcaklığı 1 (T 1 ) = 90 o C
Suyun kütlesi 2 (m 2 ) = 40 gram
Suyun sıcaklığı 2 (T 2 ) = 25 o C
Suyun özgül ısı kapasitesi (c) = 1 kal.g⁻¹ . ° C⁻¹
Aranan: Son sıcaklık
Çözüm :
Daha soğuk su tarafından salınan ısı (Q 2 ) = daha soğuk su tarafından emilen ısı (Q 1 )
m 1 c (ΔT) = m 2 c (ΔT)
(60)(1)(90 – T) = (40)(1)(T – 25)
(60)(90 – T) = (40)(T – 25)
5400 – 60T = 40T – 1000
5400 + 1000 = 40T + 60T
6400 = 100T
T = 6400/100
T = 64 ° C
3. Belirli bir kapta 0 ° C'de 340 gram suya 20 ° C'de 340 gram buz konulmuştur. Erime gizli ısısı ( Lice ) = 80 cal/g , suyun özgül ısısı (Cwater ) = 1 cal/g ° C'dir . Buzun tamamı erir ve termal denge = 5 ° C'dir. Buzun kütlesini bulunuz.
Bilinenler:
Suyun kütlesi (m) = 340 gram
Buzun sıcaklığı (T buz ) = 0 ° C
Suyun sıcaklığı (Tsu ) = 20 ° C
Termal denge sıcaklığı (T) = 5 ° C
Buzun erime gizli ısısı (L ice ) = 80 kal g -1
Suyun özgül ısı kapasitesi (c su ) = 1 cal g -1 o C -1
Aranıyor: Buz kütlesi (M)
Çözüm :
Suyun saldığı ısı (Q 2 ) = buzun emdiği ısı (Q 1 )
m su c su (ΔT) = m buz L buz + m buz c su (ΔT)
(340)(1)(20-5) = M (80) + M (1)(5-0)
(340)(15) = 80M + 5M
5100 = 85M
M = 5100/85
M = 60 gram
4. 100 ° C'deki bir bakır, 30 ° C'deki 128 gram suya konulmuştur. Suyun özgül ısı kapasitesi 1 cal.g⁻¹ ° C⁻¹ ve bakırın özgül ısı kapasitesi 0.1 cal.g⁻¹ ° C⁻¹'dir . Termal denge sıcaklığı 36 ° C ise, bakırın kütlesi nedir?
Bilinenler:
Bakırın sıcaklığı (T 1 ) = 100 ° C
Bakırın özgül ısısı (c 1 ) = 0.1 cal.g -1o C -1
Suyun kütlesi (m² ) = 128 gram
Suyun sıcaklığı (T 2 ) = 30 ° C
Suyun özgül ısı kapasitesi (c₂ ) = 1 kal.g⁻¹ ° C⁻¹
Termal denge sıcaklığı (T) = 36 ° C
Aranan: Bakır kütlesi (m 1 )
Çözüm :
Q bakır = Q su
m 1 c 1 ΔT = m 2 c 2 ΔT
(m 1 )(0.1)(100-36) = (128)(1)(36-30)
(m 1 )(0.1)(64) = (128)(1)(6)
(m 1 )(6.4) = 768
m 1 = 768 / 6.4
m 1 = 120 gram
5. Özgül ısısı 80 ° C'de 1400 J.kg⁻¹ °C⁻¹ olan 3 kg kurşun , özgül ısısı 4200 J.kg⁻¹°C⁻¹ olan 10 kg suya konuluyor . Termal denge sıcaklığı 20 ° C'dir. Suyun başlangıç sıcaklığı nedir?
Bilinenler:
Kurşunun kütlesi (m 1 ) = 3 kg
Kurşunun özgül ısı kapasitesi (c 1 ) = 1400 J.kg -1 C -1
Kurşunun sıcaklığı (T 1 ) = 80 o C
Suyun kütlesi (m² ) = 10 kg
Suyun özgül ısı kapasitesi ( c₂ ) = 4200 J.kg⁻¹C⁻¹
Termal denge sıcaklığı (T) = 20 ° C
Aranan: Suyun başlangıç sıcaklığı ( T₂ )
Çözüm :
Q salınımı = Q emilimi
Kurşun miktarı = Su miktarı
m 1 c 1 ΔT = m 2 c 2 ΔT
(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
T = 14
Suyun başlangıç sıcaklığı 14 ° C'dir.
6. 0 ° C'deki 75 gram su, 50 gram suyla karıştırılıyor ve karışımın sıcaklığı 40 ° C oluyor. 50 gram suyun başlangıç sıcaklığı nedir?
Bilinenler:
Suyun kütlesi 1 (m 1 ) = 75 gram
Suyun ilk sıcaklığı 1 (T 1 ) = 0 ° C
Suyun kütlesi 2 (m 2 ) = 50 gram
Karışımın sıcaklığı (T) = 40 ° C
İstenen: Suyun başlangıç sıcaklığı 2 (T 2 )
Çözüm :
Daha soğuk suyun saldığı ısı ( Qsalınım ) = Daha soğuk suyun emdiği ısı ( Qemilim )
m 1 c (ΔT 1 ) = m 2 c (ΔT 2 )
m 1 (ΔT 1 ) = m 2 (ΔT 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 ° C
7. 200 gram metal 120 ° C'ye ısıtıldıktan sonra 30 ° C'deki 100 gram suya konuluyor . Termal denge durumunda karışımın sıcaklığı 60 ° C'dir . Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J.kg⁻¹ ° C⁻¹ ise , metalin özgül ısı kapasitesi nedir?
Çözüm :
Kütle birimlerini gramdan kilograma (uluslararası birimler) dönüştürün.
Bilinenler:
Metalin kütlesi (m1 ) = 200 gram = 0.2 kg
Metalin sıcaklığı (T 1 ) = 120 o C
Suyun kütlesi (m² ) = 100 gram = 0.1 kg
Suyun sıcaklığı (T 2 ) = 30 ° C
Karışımın sıcaklığı (T) = 60 ° C
Suyun özgül ısı kapasitesi (c₂ ) = 4200 J.kg⁻¹ ° C⁻¹
Aranan: Metalin özgül ısı kapasitesi (c 1 )
Çözüm :
Q salınımı = Q emilimi
m 1 c 1 (ΔT 1 ) = m 2 c 2 (ΔT 2 )
(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
1. Soru: Joseph Black kimdi? Cevap: Joseph Black, gizli ısı, özgül ısı ve karbondioksit keşifleriyle tanınan 18. yüzyıl İskoç hekim ve kimyageridir.
2. Soru: Gizli ısı nedir? Cevap: Gizli ısı, bir maddenin erime veya kaynama gibi bir faz değişimi sırasında sıcaklığını değiştirmeden emdiği veya saldığı enerji miktarıdır.
3. Soru: Gizli ısı ile duyulur ısı arasındaki fark nedir? Cevap: Duyulabilir ısı, bir maddenin sıcaklığında faz değişimi olmadan değişikliğe neden olurken, gizli ısı sıcaklıkta değişiklik olmadan faz değişimine neden olur.
4. Soru: Black'in gizli ısı üzerine yaptığı deneylerin termodinamik çalışmaları üzerindeki önemi nedir? Cevap: Black'in çalışmaları, ısı enerjisi ve korunumu konusunda temel bir anlayış oluşturarak termodinamik ve kalorimetrideki daha ileri gelişmelerin yolunu açmıştır.
5. Soru: 0°C'deki buz ve 0°C'deki su neden farklı miktarda ısı enerjisine sahiptir? Cevap: 0°C'deki buzun 0°C'deki suya dönüşmesi için erime gizli ısısını emmesi gerekir. Bu nedenle, emilen bu gizli ısı nedeniyle 0°C'deki su, aynı sıcaklıktaki buza göre daha fazla ısı enerjisine sahiptir.
6. Soru: Özgül ısı nedir? Cevap: Özgül ısı, bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını bir derece Celsius veya Kelvin artırmak için gereken ısı enerjisi miktarıdır.
7. Soru: Black'in özgül ısı üzerine yaptığı çalışmalar, maddelerin farklı ısı kapasitelerinin anlaşılmasına nasıl yol açtı? Cevap: Black, farklı maddelerin eşit kütlelerinin aynı sıcaklık değişimini sağlamak için farklı miktarlarda ısıya ihtiyaç duyduğunu keşfetti. Bu gözlem, maddelerin özgül ısı kapasiteleri kavramını ortaya çıkardı.
8. Soru: Gizli ısı kavramı hava sistemlerinde neden çok önemlidir? Cevap: Gizli ısı, suyun buharlaşma ve yoğunlaşma gibi faz değişimlerinde yer alan enerji nedeniyle hava sistemlerinde önemli bir rol oynar. Bu enerji transferi sıcaklığı, bulut oluşumunu ve hava modellerini etkiler.
9. Soru: Joseph Black deneylerinde ısı değişimlerini ölçmek için hangi aleti kullandı? Cevap: Black, emilen veya salınan ısı miktarını ölçmek için deneylerinde basit bir kalorimetre, yani ısı değişimini ölçmek için kullanılan bir alet kullandı.
10. Soru: Black'in karbondioksiti (ki buna "sabit hava" adını vermişti) keşfi kimyaya nasıl katkıda bulundu? Cevap: Black'in karbondioksiti atmosferik havadan farklı, ayrı bir gaz olarak tanımlaması, gaz kimyasının ilerlemesinde çok önemliydi ve gazları içeren kimyasal reaksiyonların anlaşılmasının yolunu açtı.
