Isı ve faz değişimi – sorunlar ve çözümler

Isı ve faz değişimi – sorunlar ve çözümler

1. Grafiğe göre, CD işlemi sırasında 5 kg su tarafından emilen ısı miktarı nedir? Suyun özgül ısı kapasitesi = 4,200 J/kg ^° C.

Bilinenler:

Kütle (m) = 5 kg

Suyun özgül ısı kapasitesi (c) = 4200 J/kg ^° C

Başlangıç ​​sıcaklığı (T ₁ ) = 0 ^° C

Son sıcaklık (T ₂ ) = 10 ^° C

Sıcaklık değişimi (ΔT) = 10 ^° C – 0 ^° C = 10 ^° C

Aranıyor: Isı (Q)

Çözüm :

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

^{2. Buzun özgül ısı kapasitesi 2100 J/kg °} C ve erime ısısı 336,000 J/kg olduğuna göre, klima işlemi sırasında 20 gram buz tarafından emilen ısı miktarı nedir ?

Bilinenler:

Buzun kütlesi (m) = 200 gram = 200/1000 kilogram = 0.2 kilogram

Özgül ısı (c) = 2100 J/kg ^° C

Buzun erime ısısı (L _F ) = 336,000 J/kg

Aranan: Klima işlemi sırasında buz tarafından emilen ısı

Çözüm :

AB işlemi sırasında, buz tarafından ısı emilir ve sıcaklığı -10 ^° C'den 0 ^° C'ye yükselir.

Q = mcΔT

Q = ısı, m = buzun kütlesi, c = buzun özgül ısısı, ΔT = sıcaklık değişimi

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

BC işlemi sırasında, tüm buzun suya dönüşmesi için ısı emilir. Bu işlemde sadece faz değişimi olur, sıcaklıkta ise değişiklik olmaz. Buz ve suyun sıcaklığı 0 ^° C'de kalır.

BC işlemi sırasında emilen ısı:

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

Klima işlemi sırasında emilen ısı:

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

3. 2 kg su ısıtılıyor ve suyun buharlaşma ısısı 2.27 x 10⁶ ^J /kg, özgül ısı kapasitesi 4,200 J/kg ^° C ve atmosfer basıncı 1 atm ise, BC işlemi sırasında su tarafından emilen ısı nedir?

Bilinenler:

Kütle (m) = 2 kg

Suyun buharlaşma ısısı (L _V ) = 2.27 x 10 ⁶ J/kg

Suyun özgül ısı kapasitesi (c) = 4,200 J/kg ^° C

Aranan: BC işlemi sırasında emilen ısı.

Çözüm :

AB işleminde, suyun sıcaklığını 60 ^° C'den 100 ^° C'ye çıkarmak için ısı emilir.

Q = m L _V = (2 kg)(2.27 x 10⁶ ^J /kg) = 4.54 x 10⁶ ^Joule = 4540 x 10³ ^Joule = 4540 kilo Joule

4. Aşağıdaki şekle göre, buzun kütlesi 500 gram, özgül ısı kapasitesi 2100 J/kg ^° C ve buzun erime gizli ısısı 336,000 J/kg ise, P–Q–R işleminde gerekli olan ısıyı belirleyiniz.

Bilinenler:

Buzun kütlesi (m) = 500 gram = 500/1000 kg = 0.5 kg

Buzun özgül ısı kapasitesi (c) = 2100 J/kg ^° C

Erime gizli ısısı ( _LF ) = 336,000 J/kg

Aranan: Isı

Çözüm :

PQ işlemi = buzun sıcaklığını -4 ^° C'den 0 ^° C'ye yükseltmek için emilen ısı

QR işlemi = buzun tamamını suya dönüştürmek için buz tarafından emilen ısı

İşlem sırasında emilen ısı PQ, aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanır:

Q = mcΔT

Q = ısı, m = kütle, c = buzun özgül ısısı, ΔT = sıcaklık değişimi

İşlem sırasında buzun emdiği ısı PQ, bu denklem kullanılarak hesaplanır:

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 Joule

İşlem sırasında emilen ısı, QR aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanır:

Q = m L _F

Q = (0.5 kg)(336,000 J/kg)

Q = (0.5)(336,000 J)

Q = 168,000 Joule

Toplam ısı:

Q = 4200 Joule + 168,000 Joule

Q = 172,200 Joule

Q = 172.2 kilojoule

S = 172.2 kJ

5. Kütlesi 50 gram olan buz, -5 ^{° C'den 60 °} C'deki suya ısıtılıyor . Buzun erime ısısı 80 kal/gram, buzun özgül ısı kapasitesi 0.5 kal/gram ^° C ve suyun özgül ısı kapasitesi 1 kal/gram ^° C ise, CD işleminde gerekli olan ısıyı belirleyiniz.

Bilinenler:

Buzun kütlesi = suyun kütlesi (m) = 50 gram

Buzun erime gizli ısısı (L _F ) = 80 kal/gram

Buzun özgül ısı kapasitesi (c ice) = 0.5 kal/gram ^° C

Suyun özgül ısı kapasitesi (c su) = 1 kal/gram ^° C

Aranıyor: CD işleminde ısı gereklidir.

Çözüm :

^{A'dan B'ye olan süreçte, buzun sıcaklığını -5 °} C'den 0 ^° C'ye yükseltmek için ısı kullanılır. Isı şu denklem kullanılarak hesaplanır: Q = mc ΔT, burada Q = ısı, m = buzun kütlesi, c = buzun özgül ısı kapasitesi, ΔT = -5 ^° C'den 0 ^° C'ye sıcaklık değişimi.

B'den C'ye kadar olan süreçte, tüm buzun suya dönüşmesi için ısı kullanılır. Bu süreçte sıcaklık değişmez. Isı şu denklem kullanılarak hesaplanır: Q = m L _F , burada Q = ısı, m = buzun kütlesi, L _F = buzun erime gizli ısısı.

^{C'den D'ye olan süreçte, suyun sıcaklığını 0 °} C'den 60 ^° C'ye çıkarmak için ısı kullanılır. Isı şu denklem kullanılarak hesaplanır: Q = mc ΔT, burada Q = ısı, m = suyun kütlesi, c = suyun özgül ısısı, ΔT = 0 ^° C'den 60 ^° C'ye sıcaklık değişimi.

C'den D'ye işlem için gereken ısı:

Q = mc ΔT = (50 gram)(1 kal/gram ^° C)(60 ^° C-0 ^° C) = (50)(1)(60) kal = 3000 kal

6. Buzun kütlesi 1 kg, buzun özgül ısı kapasitesi 2100 J/kg ^° C, buzun erime gizli ısısı 336,000 J/kg ve suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/kg ^° C ise, PQR işleminde gerekli olan ısıyı belirleyiniz.

Bilinenler:

Buzun kütlesi = 1 kg

Buzun erime gizli ısısı (L _F ) = 336,000 J/kg

Buzun özgül ısı kapasitesi (c ice) = 2,100 J/kg ^° C

Suyun özgül ısı kapasitesi (c su) = 4,200 J/kg ^° C

Aranan: Proses PQR'de gerekli ısı

Çözüm :

^{P'den Q'ya kadar olan süreçte, buzun sıcaklığını -5 °} C'den 0 ^° C'ye yükseltmek için ısı kullanılır. Isı şu denklem kullanılarak hesaplanır: Q = mc ΔT, burada Q = ısı , m = buzun kütlesi , c = buzun özgül ısısı, ΔT = -5 ^° C'den 0 ^° C'ye sıcaklık değişimi.

P'den Q'ya işlemde gerekli ısı:

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

Q'dan R'ye kadar olan süreçte, tüm buzu suya dönüştürmek için gereken ısı miktarı hesaplanır. Bu süreçte sıcaklık değişmez. Isı şu denklem kullanılarak hesaplanır: Q = m L _F , burada Q = ısı , m = buz kütlesi , L _F = buzun erime gizli ısısı.

Q'dan R'ye işlemde gerekli ısı:

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

Toplam ısı:

10,500 + 336,000 = 346,500 Joule

1. Gizli ısı nedir?
   • CevapGizli ısı, bir maddenin sıcaklığını değiştirmeden fazını değiştirmek için gereken ısı enerjisidir. Faz değişimleri sırasında moleküller arası bağların kopması veya oluşması için gereken enerjiyi temsil eder.
2. Faz değişimi sırasında sıcaklık neden sabit kalır?
   • CevapFaz değişimi sırasında, verilen veya uzaklaştırılan tüm ısı enerjisi maddenin fazını değiştirmek için kullanılır. Bu enerji, maddenin kinetik enerjisini veya sıcaklığını artırmak için değil, moleküller arası bağları kırmak veya oluşturmak için kullanılır.
3. Erime gizli ısısı ile buharlaşma gizli ısısı arasındaki fark nedir?
   • CevapErime gizli ısısı, bir maddenin erime noktasında katı halden sıvı hale (veya tam tersi) geçmesi için gereken ısı enerjisini ifade eder. Buharlaşma gizli ısısı ise bir maddenin kaynama noktasında sıvı halden gaz haline (veya tam tersi) geçmesi için gereken ısı enerjisini ifade eder.
4. Hava sıcaklığı yüksek olsa bile, rüzgarlı bir günde havuzdan çıktığımızda neden üşüyoruz?
   • CevapSu, cildimizden buharlaşırken sıvı halden buhar haline geçer. Bu süreç enerji gerektirir ve bu enerji ısı şeklinde cildimizden alınır, bu da cildimizin daha serin hissetmesine neden olur.
5. 100°C'deki buhar neden 100°C'deki kaynar sudan daha tehlikelidir?
   • CevapBuhar, sudan buhara faz değişimi sırasında buharlaşma gizli ısısını emdiği için kaynar sudan daha fazla enerji içerir. Buhar ciltte yoğunlaştığında, bu fazladan enerjiyi serbest bırakarak kaynar suya göre daha ciddi yanıklara neden olur.
6. Buzun içine tuz eklemek erime noktasını nasıl düşürür?
   • CevapTuz eklemek, buz-su karışımının erime ve donma dengesini bozar. Bu durum, normalden daha düşük bir sıcaklıkta daha fazla buzun erimesine ve karışımın donma noktasının düşmesine neden olur.
7. Sıcak bir günde terlemenin vücudu serinletmeye yardımcı olmasının sebebi nedir?
   • CevapTer, deriden buharlaştığında sıvı halden gaz haline geçer. Bu buharlaşma süreci enerji gerektirir ve bu enerji deriden alınarak derinin soğumasına neden olur.
8. Faz değişimleri bağlamında süblimasyon nedir?
   • CevapSüblimasyon, katı halden sıvı hale geçmeden doğrudan gaz haline geçiştir. Yaygın bir örnek, kuru buzun (katı karbondioksit) doğrudan karbondioksit gazına dönüşmesidir.
9. Sıcaklık 0°C'de kalmasına rağmen buzu eritmek için neden ısı enerjisine ihtiyaç duyulur?
   • CevapIsı enerjisi, buzu katı halde tutan moleküller arası bağları kırmak için kullanılır. Bu bağlar kırıldıktan sonra, sıcaklıkta herhangi bir değişiklik olmamasına rağmen buz sıvı faza geçer.
10. Basınç, bir sıvının kaynama noktasını nasıl etkiler?

• CevapGenel olarak, dış basıncın artması bir sıvının kaynama noktasını yükseltirken, basıncın azalması kaynama noktasını düşürür. Bu nedenle, atmosfer basıncının daha düşük olduğu yüksek rakımlarda su 100°C'nin altında sıcaklıklarda kaynar.