Aynı madde gerçek dünyaçevre koşullarına bağlı olarak olabilir çeşitli eyaletler. Örneğin su, katı buz fikrine göre sıvı formunda, gaz - su buharı formunda olabilir.
- Bu durumlara maddenin toplam halleri denir.
Bir maddenin farklı toplanma durumlarındaki molekülleri birbirinden farklı değildir. Özel fiziksel durum moleküllerin konumuna, hareketlerinin doğasına ve birbirleriyle etkileşimlerine göre belirlenir.
Gaz - moleküller arasındaki mesafe önemlidir daha fazla boyut moleküllerin kendileri. Sıvı ve katılardaki moleküller birbirine oldukça yakın konumdadır. Katılarda bu daha da yakındır.
Agregayı değiştirmek için vücut durumu, biraz enerji vermesi gerekiyor. Örneğin suyun buhara dönüşebilmesi için ısıtılması gerekir. Buharın tekrar suya dönüşebilmesi için enerji vermesi gerekir.
Katıdan sıvıya geçiş
Bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesine erime denir. Bir cismin erimeye başlayabilmesi için belli bir sıcaklığa kadar ısıtılması gerekir. Bir maddenin eridiği sıcaklık maddenin erime noktası denir.
Her maddenin kendine ait bir erime noktası vardır. Bazı cisimler için, örneğin buz için çok düşüktür. Ve bazı cisimlerin, örneğin demirin erime noktası çok yüksektir. Genel olarak kristal bir cismin eritilmesi karmaşık bir süreçtir.
Buz Erime Grafiği
Aşağıdaki şekil kristalin bir cismin erime grafiğini göstermektedir. bu durumda buz.
- Grafik buz sıcaklığının ısıtılma süresine bağımlılığını göstermektedir. Dikey eksende sıcaklık, yatay eksende ise zaman gösterilir.
Başlangıçta buz sıcaklığının -20 derece olduğu grafikten. Daha sonra ısıtmaya başladılar. Sıcaklık artmaya başladı. AB bölümü buzun ısıtıldığı bölümdür. Zamanla sıcaklık 0 dereceye yükseldi. Bu sıcaklık buzun erime noktası olarak kabul edilir. Bu sıcaklıkta buz erimeye başladı, ancak buz da ısıtılmaya devam etmesine rağmen sıcaklığı artmayı bıraktı. Erime alanı grafikteki BC alanına karşılık gelir.
Daha sonra buzun tamamı eriyip sıvı hale gelince suyun sıcaklığı yeniden artmaya başladı. Bu, grafikte C ışınıyla gösterilmektedir. Yani, erime sırasında vücut sıcaklığının değişmediği sonucuna varıyoruz, hepsi gelen enerji gider eritmek için.
Kaynama ve yoğuşma problemlerinin çözümü birçok açıdan erime ve katılaşma problemlerinin çözümüne benzer. Bu öğrencilerin gelişmesine yardımcı olur ilgili kavramlar Ve pratik beceriler. Aynı zamanda, malzemenin asimilasyonu yeterince güçlü ve derin değilse, adı geçen süreçlerin her birinin, örneğin buharlaşma ve kaynama gibi karakteristik ve spesifik özellikleri vurgulanmadığında, benzer becerilerin istenmeyen "müdahalesi" gözlemlenir. Benzer kavramların öğrenciler tarafından karıştırılması veya hatalı tanımlanması.
Öğretmenin buna çok dikkat etmesi gerekiyor. Bu eksikliği ortadan kaldırmanın yollarından biri, maddenin incelenen tüm toplu dönüşümlerinin dikkate alındığı birleşik problemleri tekrarlarken çözmektir (No. 222, 223).
Çoğu problem, belirlenmesi gereken niteliksel veya basit hesaplama problemleridir;
Kaynama sırasında belirli bir sıvı kütlesini buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarı.
En zor görev, spesifik buharlaşma ısısını hesaplamaktır. Bu problem sınıfta öğretmenin yardımıyla çözülmelidir. Hesaplamaları kolaylaştırmak için kalorimetre verilerini durumdan çıkarabilirsiniz.
217. Su, alkol ve eterin ısıtılması ve kaynatılması grafikleri verilmiştir (Şekil 32). Bu sıvıların her biri için hangi grafiğin oluşturulduğunu belirleyin.
218. Hangisinin iç enerjisi daha fazladır: eşit miktarlarda alınan su veya buhar. Sonuçlarınızı deneysel olarak kontrol edin.
Çözüm. Suyu buhara dönüştürmek için belli miktarda ısı vermesi gerekir. Bu nedenle buharın iç enerjisi daha büyüktür. Kontrol etmek için kazandan çıkan bir bardak suya bir miktar buhar geçirelim, dikkat yeni seviye su ve sıcaklığındaki değişiklikler. Aynı bardakla başka bir bardağa başlangıç miktarı Buhardan yoğunlaşan kadar kaynar su dökün. İkinci durumda su sıcaklığı birinciye göre çok daha az değişecektir.
219. Suyun kaynama noktasında ve normal basıncında buhara dönüşmesi için ne kadar enerji gerekir? alkol? eter? Bu sıvılar ilk önce kaynama noktasına kadar ısıtılırsa buhara dönüşmek için ne kadar enerji gerekir?
Çözüm. Özgül buharlaşma ısısı tablosunu kullanarak, öğrenciler öncelikle problemin ilk kısmını aşağıdaki şekilde mantık yürüterek sözlü olarak çözmelidirler. Buhar haline gelmek
Kaynama noktasında suya ihtiyaç vardır. Dolayısıyla suyu buhara dönüştürmek için 10 kat daha fazla enerji harcamak gerekir. Aynı şekilde alkol ve eter için de ısı miktarının değeri bulunur. O zaman formülü kullanmalısın
Problemin ikinci kısmı şu şekilde çözülmüştür. Harcanan toplam enerji miktarı
Benzer şekilde alkol ve eterin buhara dönüştürülmesi için gereken toplam ısı miktarını bulun.
Bir sorunu çözerken dikkat etmeniz gerekir özel ilgiÖğrencilerin tabloları kullanma ve anlama becerileri üzerine fiziksel anlam içlerinde verilen miktarlar.
220. Bir test tüpüne su dökün ve sıcaklığını ölçün. Test tüpünü, önce kaynayana ve daha sonra tüm su buhara dönüşene kadar süreyi not ederek ısıtın. Deneysel verileri kullanarak, yaklaşık olarak özgül buharlaşma ısısını belirleyin, tabloyla karşılaştırın ve sonucun doğruluğunu azaltan nedenleri belirtin.
Çözüm. Deneylerden birinde aşağıdaki veriler elde edildi. Başlangıç sıcaklığı Kaynamaya kadar ısıtma süresi - 2,5 dakika, kaynama süresi - 20 dakika.
Suyu ısıtmak için kullanılan ısı; buhar oluşumu için gereken ısı;
Isıtıcının verdiği ısı miktarının ısıtma süresiyle orantılı olduğunu düşünürsek, şunu elde ederiz:
Sonucun doğruluğu bir dizi faktör nedeniyle azaldı: sıcak su daha fazla ısı verir çevre soğuktan daha fazladır, dolayısıyla suyun aldığı ısı miktarı zamanla tam olarak orantılı değildir. Deney tüpünde çok az su kaldığında büyük sayı Isı, havayı ve test tüpünün kendisini ısıtmak için kullanılır.
221. Yürütmek laboratuvar çalışması, öğrenci 100 °C'de su içeren bir kalorimetreye buhar verdi. Sonuç olarak su sıcaklığı şu dereceye yükseldi: Suyun kütlesi şu kadar artarsa, bu deneyin verilerine göre özgül buharlaşma ısısının hangi değeri elde edilecektir?
Sorun tahtada aşağıdaki formülleri yazarak sorularla çözülmelidir:
Öğrenciler bu formüllere iyice hakim oldularsa, bunları her bir özel durumla ilgili olarak daha fazla yeniden yazmaya gerek yoktur: bunları formüllerde hemen değiştirebilirler. sayısal değerler miktarlar Bu ifade aynı zamanda son sınıflar için de geçerlidir, çünkü kalorimetrik denklemleri genel görünümçoğu zaman çok hantal olduğu ortaya çıkar.
1. Yoğuşma sırasında buhar ne kadar ısı verdi?
2. Buhardan oluşan su soğurken ne kadar ısı verdi?
3. Su ne kadar ısı aldı?
Yoğunlaşma sırasında buharın ve ortaya çıkan suyun verdiği ısı miktarı, kalorimetrede suyun aldığı ısı miktarına eşit olduğundan şunu yazabiliriz:
222. Alınan buzu buhara dönüştürmek için ne kadar ısıya ihtiyaç vardır? Sürecin yaklaşık bir grafiğini oluşturun.
223. Alınan 200 g buharın yoğunlaşması ve ardından suyun buza dönüşmesi sırasında ne kadar ısı açığa çıkacaktır? Yaklaşık bir süreç programı oluşturun.
8. Termodinamik
Isı miktarının hesaplanması. Isıtıcı verimliliği
892. Hangi cıva kütlesi 13 kg alkolle aynı ısı kapasitesine sahiptir? Alkolün özgül ısı kapasitesi 2440 J/(kgK), civanın özgül ısı kapasitesi 130 J/(kgK). (244)
893. İki özdeş cisim birbirine sürttüğünde, bir dakika sonra sıcaklıkları 30°C artar. Sürtünme sırasında her iki cisimde geliştirilen ortalama güç nedir? Her bir gövdenin ısı kapasitesi 800 J/K'dir. (800)
894. 600 W elektrikli ocakta 3 litre su 40 dakikada kaynama noktasına kadar ısıtılıyor. Başlangıçtaki su sıcaklığı 20°C'dir. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK)'dir. Kurulumun verimliliğini (yüzde olarak) belirleyin. (70)
895. El matkabıyla metal delerken, 0,05 kg ağırlığındaki matkap 200 saniyede 20°C ısınır. sürekli çalışma. Delme sırasında bir matkabın şebekeden tükettiği ortalama güç 10 W'dur. Matkap malzemesinin özgül ısı kapasitesi 460 J/(kgK) ise, harcanan enerjinin yüzde kaçı matkabı ısıtmak için kullanıldı? (23)
896. 400 W gücünde bir elektrik motorunu çalıştırırken, 50 saniyelik sürekli çalışmada 10 K kadar ısınır. Motorun verimliliği (yüzde olarak) nedir? Motorun ısı kapasitesi 500 J/K'dir. (75)
897. Yağa batırılmış bir transformatör aşırı yük nedeniyle ısınmaya başlar. Verimliliği nedir (yüzde olarak), eğer tam güç 60 kg ağırlığındaki 60 kW yağ, 4 dakikalık trafo çalışmasında 30°C ısınır mı? Yağın özgül ısı kapasitesi 2000 J/(kgK)'dir. (75)
898. Jeneratör darbeler yayar ultra yüksek frekans her darbede enerji 6 J. Darbe tekrarlama frekansı 700 Hz. Jeneratör verimi %60'tır. Suyun 10 K'den fazla ısınmaması için jeneratörün soğutma sisteminden saatte kaç litre su geçmelidir? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg·K)'dir. (240)
b) Faz dönüşümleri
899. 0°C sıcaklıkta alınan buza 0,66 MJ enerji verilerek ne kadar buz eritilebilir? Buzun özgül erime ısısı 330 kJ/kg'dır. (2)
900. 100 kg çelik erime noktasında katılaştığında 21 MJ ısı açığa çıkar. Nedir özgül ısıçeliğin erimesi (kJ/kg cinsinden)? (210)
901. 10°C sıcaklıkta alınan 2 kg buza tamamen erimesi için ne kadar ısı (kJ cinsinden) verilmelidir? Buzun özgül ısı kapasitesi 2100 J/(kgK), buzun özgül erime ısısı 330 kJ/kg'dır. (702)
902. 50°C sıcaklıkta alınan belirli bir miktar buzun 50°C sıcaklıktaki suya dönüştürülmesi için 645 kJ enerji gerekmektedir. Buzun kütlesi nedir? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK), buzun özgül ısı kapasitesi 2100 J/(kgK), buzun özgül erime ısısı 3,310 5 J/kg'dir. (1)
903. 0,1 kg kaynar suyu buhara dönüştürmek için ne kadar ısıya (kJ cinsinden) ihtiyaç vardır? Suyun buharlaşma özgül ısısı 2,26 MJ/kg'dır. (226)
904. 100°C sıcaklıkta 0,2 kg su buharı yoğunlaştığında ne kadar ısı (kJ cinsinden) açığa çıkar? Suyun buharlaşma özgül ısısı 2,310 6 J/kg'dır. (460)
905. 0°C'de alınan 1 kg suya, 100°C'ye ısıtılıp tamamen buharlaştırılması için ne kadar ısı (kJ cinsinden) eklenmesi gerekir? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK), suyun buharlaşma özgül ısısı 2,310 6 J/kg'dır. (2720)
906. 20°C sıcaklıkta alınan suyun ısıtılarak buhara dönüştürülmesi için 2596 kJ enerji tüketilmiştir. Suyun kütlesini belirleyin. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK), suyun özgül buharlaşma ısısı 2,26 MJ/kg'dır. (1)
907. Bir ton çeliği eritmek için 100 kW gücünde bir elektrikli fırın kullanılır. Erime başlamadan önce külçenin 1500 K'ye ısıtılması gerekiyorsa erime kaç dakika sürer? Çeliğin özgül ısı kapasitesi 460 J/(kgK), çeliğin özgül füzyon ısısı 210 kJ/kg'dır. (150)
908. Belirli bir su kütlesini 0°C'den 100°C'ye ısıtmak için 8400 J ısı gerekir. Bu suyun tamamen buharlaşması için ne kadar daha fazla ısı (kJ cinsinden) gereklidir? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg K), suyun özgül buharlaşma ısısı ise 2300 kJ/kg'dır. (46)
909. Buzdolabındaki suyun 33°C'den 0°C'ye soğutulması 21 dakika sürdü. Bu suyu buza dönüştürmek ne kadar zaman alır? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg·K), buzun özgül erime ısısı 3,3 10 5 J/kg. Cevabı dakikalar içinde verin. (50)
910. İçinde su bulunan bir kap, elektrikli ocakta 20°C'den 20 dakika içinde kaynayana kadar ısıtılır. Suyun %42'sini buhara dönüştürmek için ne kadar zamana (dakika olarak) ihtiyaç vardır? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK), suyun buharlaşma özgül ısısı 2,210 6 J/kg'dır. (55)
911. Belirli kalorifik değeri 36 MJ/m olan bir gaz kullanıyorsa, bir gaz yakıcının verimliliğini (yüzde cinsinden) hesaplayın 3 ve bir su ısıtıcısını 3 litre suyla 10°C'den kaynamaya kadar ısıtmak için 60 litre gaz gerekiyordu. Su ısıtıcısının ısı kapasitesi 600 J/K'dir. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg·K)'dir. (55)
912. Bir buhar makinesini çalıştırmak için 1 saatte 210 kg kömür tüketilmektedir. Makine, girişte 17°C ve çıkışta 27°C sıcaklığa sahip su ile soğutulmaktadır. Isıtmak için %24'ü kullanılıyorsa 1 saniyede su tüketimini (kg cinsinden) belirleyin toplam sayı sıcaklık. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK), kömürün özgül yanma ısısı ise 30 MJ/kg'dır. (10)
913. 54 km/saat hızda 69 kW güç üreten ve %40 verimliliğe sahip bir otomobilin motoru 10 kg benzini kaç kilometre tüketir? Benzinin özgül yanma ısısı 4,610 7 J/kg'dır. (40)
Mekanik ve iç enerjinin karşılıklı dönüşümleri
914. Şu tarihte: esnek olmayan etki Hızı 50 m/s olan bir mermi duvara çarptığında 10°C ısınıyor. Merminin çarpma anında açığa çıkan enerjinin tamamını aldığını varsayarak, mermi malzemesinin özgül ısı kapasitesini bulun. (125)
915. İki özdeş mermi duvara çarptı. İlk mermi 0,5 K, ikincisi 8 K kadar ısınır. Mermilerin tüm enerjisi onları ısıtmak için harcanırsa, ikinci merminin hızı birinciden kaç kat daha fazladır? (4)
916. Kinetik enerjisi 100 J olan bir mermi duvara çarpıyor ve 0,5 K kadar ısınıyor. Merminin ısı kapasitesi 20 J/K ise, merminin enerjisinin yüzde kaçı (yüzdesi) onu ısıtmaya gitti? (10)
917. Tabanındaki su sıcaklığı üst kısmından 0,05°C daha yüksekse şelalenin yüksekliği ne kadardır? Her şeyi düşünün mekanik enerji suyu ısıtmaya gider. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg·K), G= 10 m/sn 2 . (21)
918. Bir bardak suyun sıcaklığı 100°C'den 20°C'ye soğutulduğunda açığa çıkan enerjinin tamamen işe dönüştürülmesi mümkün olsaydı, 100 kg'lık bir yük hangi yüksekliğe kaldırılabilirdi? Bir bardaktaki suyun kütlesi 250 g, suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg K) olup, bardağın ısı kapasitesi dikkate alınmamıştır. G= 10 m/sn 2 . (84)
919. Kütlesi 2000 kg olan bir çekiç 1 m yükseklikten kütlesi 2 kg olan metal bir bloğa bırakılıyor. Çarpmanın sonucunda işlenmemiş parçanın sıcaklığı 25°C artar. Açığa çıkan toplam enerjinin %50'sinin külçeyi ısıtmaya gittiğini varsayarsak, külçe malzemesinin özgül ısı kapasitesini bulun. G = 10 m/s2. (200)
920. Bir hamuru top, yatayla 45° açıyla, fırlatma noktasından 8 m uzaklıkta (yatay olarak) bulunan dikey bir duvara doğru 10 m/s hızla fırlatılıyor. Top duvara yapışırsa kaç derece (mK cinsinden) ısınır? Topun tüm kinetik enerjisinin onu ısıtmaya gittiğini varsayalım. Hamurun özgül ısı kapasitesi 250 J/(kgK)'dir. G = 10 m/s2. (136)
921. 500 m/s hızla giden bir kurşun mermi bir duvarı delmektedir. Hızı 300 m/s'ye düştüğünde merminin kaç derece ısındığını belirleyin. Açığa çıkan ısının %50'sinin mermiyi ısıtmak için kullanıldığını varsayalım. Kurşunun özgül ısı kapasitesi 160 J/(kgK)'dir. (250)
922. Yatay olarak 500 m/s hızla uçan bir mermi yerden 20 cm yükseklikteki bir tahtayı deliyor. Aynı zamanda merminin sıcaklığı da 200°C arttı. Çarpma sırasında açığa çıkan tüm ısının mermiyi ısıtmak için kullanıldığını varsayarak, merminin çarpma noktasından hangi mesafede (yatay olarak) yere düştüğünü bulun. Mermi malzemesinin özgül ısı kapasitesi 400 J/(kgK)'dir. G = 10 m/s2. (60)
923. Vücut kayar eğik düzlem 260 m uzunluk ve 60° eğim. Düzlemdeki sürtünme katsayısı 0,2'dir. Açığa çıkan ısının %50'si onu ısıtmak için kullanılırsa vücut sıcaklığının kaç derece artacağını belirleyin. Gövdenin yapıldığı malzemenin özgül ısı kapasitesi 130 J/(kg·K)'dir. G= 10 m/s2. (1)
924. Bir maddeden yapılmış iki özdeş top spesifik ısı kapasitesi 450 J/(kg K), 40 m/s ve 20 m/s hızlarla birbirlerine doğru hareket ediyor. Esnek olmayan çarpışma sonucunda kaç derece ısınacaklarını belirleyiniz. (1)
925. Yatay olarak 400 m/s hızla uçan 10 g kütleli bir mermi, bir ipin üzerinde asılı duran 990 g kütleli ahşap bir bloğa çarparak içine sıkışıyor. Salınan ısının %50'si onu ısıtmak için kullanılırsa mermi kaç derece ısınır? Mermi malzemesinin özgül ısı kapasitesi 200 J/(kgK)'dir. (198)
926. Bir merminin duvara çarptığında erimesi için ne kadar hızlı gitmesi gerekir? Mermi malzemesinin özgül ısı kapasitesi 130 J/(kgK), özgül füzyon ısısı 22,25 kJ/kg, erime noktası 327°C'dir. Merminin çarpmadan önceki sıcaklığı 152°C'dir. Çarpma anında açığa çıkan tüm ısının mermiyi ısıtmak için kullanıldığını varsayalım. (300)
927. Bir teneke topun yüzeye çarptığında tamamen erimesi için hangi yükseklikten (km cinsinden) düşmesi gerekir? Topun enerjisinin %50'sinin ısınmaya ve erimeye gittiğini varsayalım. Topun başlangıç sıcaklığı 32°C’dir. Kalayın erime noktası 232°C, özgül ısı kapasitesi 200 J/(kg K), özgül füzyon ısısı 58 kJ/kg'dır. G= 9,8 m/sn 2 . (20)
928. Kurşun saçma, 300 m yükseklikten dikey olarak ateşlendiğinde silahtan hangi hızda uçmalıdır ki, elastik olmayan bir cisme çarptığında saçma erisin? Çarpma anında açığa çıkan ısının pellet ile gövde arasında eşit olarak dağıldığını varsayalım. Peletin başlangıç sıcaklığı 177°C'dir. Kurşunun erime noktası 327°C, özgül ısı kapasitesi 130 J/(kgK), özgül füzyon ısısı 22 kJ/kg'dır. G = 10 m/s2. (400)
929. 45 gr ağırlığındaki bir mermi silahtan ateşlendiğinde 600 m/s hızla dışarı fırlıyor. 9 g ağırlığındaki bir barut yükünün yanması sırasında açığa çıkan enerjinin yüzde kaçı atışın kinetik enerjisidir? Barutun özgül yanma ısısı 3 MJ/kg'dır. (30)
930. Motor jet uçağı 1800 km/saat hızla uçarken %20 verimlilikle 86 kN'lik bir itme kuvveti geliştirir. 1 saatlik uçuş için gazyağı tüketimini (ton cinsinden) belirleyin. Gazyağının yanma ısısı 4,310 7 J/kg'dır. (18)
931.
Uzun menzilli bir topun şarjı 150 kg barut içerir. Mermi ağırlığı 420 kg. Topun verimliliği %25 ise merminin mümkün olan maksimum menzili (km cinsinden) nedir? Barutun özgül yanma ısısı 4,2 MJ/kg'dır. G
= 10 m/s2. Hava direncini dikkate almayın. (75)
Denklem ısı dengesi
a) Isıtma ve soğutma
932. Bir kalorimetrede 50°C sıcaklıkta 2 kg su ve 30°C sıcaklıkta 3 kg su karıştırıldı. Karışımın sıcaklığını (°C cinsinden) bulun. Kalorimetrenin ısı kapasitesini dikkate almayın. (38)
933. Banyoya 10°C sıcaklıkta 210 kg su döküldü. 37°C'de termal dengenin oluşması için banyoya 100°C'de ne kadar su ilave edilmelidir? (90)
934. Karışımın sıcaklığının 20°C'ye eşit olması için 50°C sıcaklıktaki su ile 10°C sıcaklıktaki suyun karıştırılması gerekir. Kaç kat daha fazla almalıyım? soğuk su daha sıcak mı? (3)
935. 200 litre kapasiteli banyo hazırlamak için 10°C'deki soğuk su, 60°C'deki sıcak su ile karıştırıldı. Banyodaki sıcaklığın 40°C'ye ulaşması için kaç litre soğuk su almanız gerekir? (80)
936. 50°C sıcaklıktaki sıcak bir cisim, 10°C sıcaklıktaki soğuk bir cisimle temas ettiriliyor. Ulaşıldığında termal denge sıcaklık 20°C'ye ayarlandı. Soğuk bir cismin ısı kapasitesi kaç kattır? daha fazla ısı kapasitesi sıcak? (3)
937. 100°C'ye ısıtılan bakır bir gövde, kütlesi bakır gövdenin kütlesine eşit olan suya indirilir. Termal denge 30°C sıcaklıkta oluştu. Suyun başlangıç sıcaklığını (°C cinsinden) belirleyin. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK), bakır 360 J/(kgK). (24)
938. 300 K sıcaklıktaki 3 kg ağırlığındaki suya daldırıldığında suyun 2 K kadar ısınması durumunda, 0,6 kg ağırlığındaki kalayın başlangıç sıcaklığını (Kelvin cinsinden) belirleyin. Kalayın özgül ısı kapasitesi 250 J/(kg) K), su 4200 J/( kgK). (470)
939. 60°C sıcaklıkta kaba 0,1 kg su döküldü, ardından su sıcaklığı 55°C'ye düştü. Kabın ısı kapasitesinin 70 J/K ve suyun özgül ısısının 4200 J/(kgK) olduğunu varsayarak kabın başlangıç sıcaklığını (°C cinsinden) bulun. (25)
940. 20 g ağırlığındaki suyun sıcaklığını ölçmek için içine 32,4 ° C gösteren bir termometre daldırıldı. Termometrenin ısı kapasitesi 2,1 J/K ise ve suya daldırılmadan önce oda sıcaklığı 8,4 °C olarak gösteriliyorsa suyun gerçek sıcaklığı (°C cinsinden) nedir? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK)'dir. (33)
941. Sıcaklığı 22°C olan bir termometre suya daldırılıyor ve sıcaklığın 70°C olduğunu gösteriyor. Termometre daldırılmadan önce suyun sıcaklığı (°C cinsinden) neydi? Suyun kütlesi 40 g, suyun özgül ısısı 4200 J/(kg·K), termometrenin ısı kapasitesi 7 J/K'dir. (72)
942. 100°C'ye kadar ısıtılan cisim, 10°C sıcaklıktaki suya indirildiğinde sıcaklık 40°C'ye ulaştı. İlk cismi çıkarmadan, yine 100°C'ye ısıtılmış başka bir benzer cismi içine indirirseniz suyun sıcaklığı (°C cinsinden) ne olur? (55)
943. 110°C'ye ısıtılan bir cisim, su dolu bir kaba indirildi, bunun sonucunda su sıcaklığı 20°C'den 30°C'ye yükseldi. 120 °C'ye ısıtılan benzer başka bir cisim, ilkiyle aynı anda içine indirilirse suyun sıcaklığı (°C cinsinden) ne olur? (39)
944.
Kütleleri 1, 10 ve 5 kg olan ve özgül ısı kapasiteleri 2, 4 ve 2 kJ/(kg K) olan, kimyasal olarak etkileşime girmeyen, donmayan üç sıvı kalorimetrede sırasıyla karıştırılır. Karıştırmadan önce birinci ve ikinci sıvıların sıcaklıkları 6°C ve 40°C idi. Karışımın sıcaklığı 19°C oldu. Karıştırmadan önce üçüncü sıvının sıcaklığını (°C cinsinden) bulun. (60)
b) Faz dönüşümleri
945. 20°C sıcaklıkta 9 kg su içeren bir kaba 100°C sıcaklıkta 1 kg buhar veriliyor ve bu buhar suya dönüşüyor. Suyun son sıcaklığını (°C cinsinden) belirleyin. Kabın ısı kapasitesi ve ısı kaybı dikkate alınmaz. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg·K), suyun özgül buharlaşma ısısı 2,1 10 6 J/kg. (78)
946. Başlangıç sıcaklığı 50°C olan belirli bir su kütlesi, içinden 100°C sıcaklıkta buhar geçirilerek kaynama noktasına kadar ısıtılır. Suyun kütlesi yüzde kaç artacak? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK), suyun özgül buharlaşma ısısı 2,110 6 J/kg'dır. (10)
947. İki kapta aynı sıcaklıkta 4,18 kg su bulunmaktadır. 100°C sıcaklıktaki birinci kaba 0,42 kg su dökülüyor ve 100°C sıcaklıktaki ikinci kaba da aynı miktarda su buharı veriliyor. Her birinde termal denge sağlandıktan sonra bir kaptaki sıcaklık diğerinden kaç derece daha büyük olacaktır? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK), suyun özgül buharlaşma ısısı 2,3 MJ/kg'dır. (50)
948. 500°C'ye ısıtılan 10 kg ağırlığındaki bir çelik parçası, içinde 20°C sıcaklıkta 4,6 kg su bulunan bir kaba bırakılıyor. Su 100°C'ye kadar ısınır ve bir kısmı buhara dönüşür. Üretilen buharın kütlesini (g cinsinden) bulun. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK), suyun özgül buharlaşma ısısı 2,310 6 J/kg, çeliğin özgül ısı kapasitesi 460 J/(kgK). (128)
949. 250 g ağırlığındaki bir parça kar, kısmen erimiş olan 20°C sıcaklıktaki bir litre suya atılıyor; 0°C'de bir miktar su içerir. Kaptaki suyun termal dengeye ulaştığında sıcaklığı 5°C oldu. Kar komasındaki su miktarını (g cinsinden) belirleyin. Buzun erime özgül ısısı 330 kJ/kg, suyun özgül ısısı 4200 J/(kgK)'dir. (75)
950. 85 litre kapasiteli bir küvet, 80°C su ve 20°C buz kullanılarak 30°C sıcaklıktaki suyla doldurulmalıdır. Banyoya konulması gereken buz kütlesini belirleyin. Buzun özgül erime ısısı 336 kJ/kg, buzun özgül ısı kapasitesi 2100 J/(kg·K), suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg·K)’dir. (25)
951. 1 kg buharın 100°C sıcaklıkta yoğunlaşması ve elde edilen suyu 0°C'ye soğutması sırasında açığa çıkan ısı miktarı, sıcaklığı 0°C olan belirli miktarda buzun eritilmesi için harcanır. Erimiş buzun kütlesini belirleyin. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK), suyun özgül buharlaşma ısısı 2,22 MJ/kg, buzun özgül erime ısısı 330 kJ/kg'dır. (8)
952. 2,51 kg buz ve 7,53 kg sudan oluşan karışım genel sıcaklık 0°C, 100°C sıcaklıkta buhar geçirilerek 50°C sıcaklığa ısıtılmalıdır. Bunun için gereken buhar miktarını (g cinsinden) belirleyin. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kgK), suyun özgül buharlaşma ısısı 2,3 MJ/kg, buzun özgül erime ısısı 330 kJ/kg'dır. (1170)
953. Bir kap, termal denge durumunda belirli miktarda su ve aynı miktarda buz içerir. Su buharı kaptan 100°C sıcaklıkta geçirilir. İçinden geçen buhar kütlesi suyun başlangıç kütlesine eşitse, kaptaki suyun kararlı durum sıcaklığını bulun. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg K), suyun özgül buharlaşma ısısı 2,3 MJ/kg, buzun özgül erime ısısı 330 kJ/kg'dır. (100)
954.
olan bir gemiden küçük bir miktar 0°C sıcaklıktaki su havayı dışarı pompalar. Bu durumda 6,6 g su buharlaşır ve geri kalanı donar. Oluşan buzun kütlesini (g cinsinden) bulun. 0°C'de suyun buharlaşma özgül ısısı 2,510 6 J/kg, buzun özgül erime ısısı ise 3,310 5 J/kg'dır. (50)
İdeal gaz çalışması
955. Şu tarihte: sabit basınç 3 kPa gaz hacmi 7 litreden 12 litreye çıktı. Gazla ne kadar iş yapıldı? (15)
956. 100 kPa sabit basınçta hareketli pistonlu bir silindir içerisinde genişleyen gaz, 100 kJ iş yapmaktadır. Gazın hacmi ne kadar değişti? (1)
957. 300 kPa basınçtaki izobarik bir süreçte ideal bir gazın mutlak sıcaklığı 3 kat arttı. Gazın genleşme sırasında 18 kJ iş yapması durumunda başlangıç hacmini (l cinsinden) belirleyin. (30)
958. Belirli bir gazın iki molü, izobarik sıcaklıkta 10 K artışla ne kadar iş yapar? Evrensel gaz sabiti 8300 J/(kmolK)'dir. (166)
959. 2 kg havayı izobarik olarak ısıtırken yapılan iş 166 kJ idi. Hava kaç dereceye kadar ısıtıldı? Havanın molar kütlesi 29 kg/kmol, evrensel gaz sabiti ise 8300 J/(kmolK)'dir. (290)
960. Eşit kütlelerdeki hidrojen ve oksijen izobarik olarak ısıtılır. aynı numara derece. Hidrojenin molar kütlesi 2 kg/kmol, oksijen ise 32 kg/kmol'dür. Hidrojen oksijenden kaç kat daha fazla iş yapar? (16)
961. Pistonun altındaki silindirde, 300 K sıcaklıkta, 0,1 MPa basınçta 6 litre hacim kaplayan belirli bir gaz kütlesi vardır. Gazı sıkıştırmak için yapılan işin 50 J'ye eşit olması için gazın sabit basınçta kaç derece soğutulması gerekir? (25)
962. Taban alanı 100 cm2 olan bir silindirde 2 300 K sıcaklıkta bir gaz bulunmaktadır. Silindirin tabanından 30 cm yükseklikte 60 kg ağırlığında bir piston bulunmaktadır. Sıcaklığı yavaş yavaş 50°C artırılırsa genleşme sırasında gaz tarafından ne kadar iş yapılır? Atmosfer basıncı 100 kPa, G= 10 m/sn 2 . (80)
963. Pistonun altındaki silindirde, pistonun yerçekimi ve atmosferik basınç kuvvetinin etkisiyle 0,5 m3 hacimde tutulan bir gaz bulunmaktadır. Hacmi iki katına çıkarsa ısıtıldığında bir gaz ne kadar iş (kJ cinsinden) yapar? Atmosfer basıncı 100 kPa, piston kütlesi 10 kg, piston alanı 10 3 m 2'dir. G = 10 m/s2. (100)
964. Bir mol gaz, basıncı 5 kat azalacak şekilde izobarik olarak soğutuldu ve ardından izobarik olarak 400 K başlangıç sıcaklığına kadar ısıtıldı. Gaz tarafından ne kadar iş yapıldı? Evrensel gaz sabiti 8300 J/(kmolK)'dir. (2656)
965. Beş mol gaz önce basıncı 3 kat artacak şekilde sabit hacimde ısıtılır ve daha sonra sabit basınçta sıkıştırılarak sıcaklık önceki değeri olan 100 K'ye getirilir. Sıkıştırılması sırasında gaz üzerinde ne kadar iş yapılmıştır? Evrensel gaz sabiti 8300 J/(kmolK)'dir. (8300)
966. Bir mol ideal gaz, basıncı 1,5 kat azalacak şekilde izobarik olarak soğutuldu ve daha sonra izobarik olarak önceki sıcaklığa ısıtıldı. Bu durumda gaz 8300 J iş yapmıştır. Gazın başlangıç sıcaklığını (Kelvin cinsinden) bulunuz. Evrensel gaz sabiti 8300 J/(kmolK)'dir. (3000)
967. 4 mol ideal bir gaz, basıncı hacmiyle doğru orantılı olarak değişecek şekilde genişletilir. Sıcaklığı 10 K arttığında bir gazın yaptığı iş nedir? Evrensel gaz sabiti 8300 J/(kmolK)'dir. (166)
968. Ağırlığı 10 kg olan ideal bir gazın sıcaklığı kanuna göre değişir T = AV 2 (A= 2 K/m6). Hacim 2 litreden 4 litreye çıktığında gazın yaptığı işi (mJ cinsinden) belirleyin. Gazın molar kütlesi 12 kg/kmol, evrensel gaz sabiti ise 8300 J/(kmolK)'dir. (83)
969. 2 mol miktarındaki ideal bir gaz 400 K sıcaklıktadır. Gazın hacmi iki katına çıkarılır, böylece basınç hacme doğrusal olarak bağlı olur. Gazın son sıcaklığı başlangıç sıcaklığına eşitse bu süreçte gazın yaptığı işi bulun. Evrensel gaz sabiti 8300 J/(kmolK)'dir. (4980)
970. 2 mol miktarındaki ideal bir gaz 300 K sıcaklıktadır. Gazın hacmi 1,5 kat arttırılarak basınç hacme doğrusal olarak bağlı olacak ve %40 oranında artacaktır. Bu süreçte gazın yaptığı işi bulunuz. Evrensel gaz sabiti 8300 J/(kmolK)'dir. (1743)
971. 2 mol miktarındaki ideal bir gaz 300 K sıcaklıktadır. Gazın hacmi iki katına çıkarılarak basınç hacme doğrusal olarak bağlı olur ve ardından gaz izobarik olarak önceki hacmine sıkıştırılır. Son basınç başlangıç basıncından %20 daha az ise bu iki işlemde gaz tarafından ne kadar iş yapılmıştır? Evrensel gaz sabiti 8300 J/(kmolK)'dir. (498)
Termodinamiğin birinci yasası. İdeal bir gazın iç enerjisi
972. Gaz ısıtıldığında iç enerjisi 300 J'den 700 J'ye çıktı. Isıtmak için 1000 J ısı harcandıysa gaz tarafından ne kadar iş yapıldı? (600)
973. Bir gazı izokorik olarak ısıtırken iç enerjisi 200 J'den 300 J'ye yükseldi. Gazı ısıtmak için ne kadar ısı harcandı? (100)
974. İzobarik genleşme sırasında gaz 100 J iş yaptı ve iç enerjisi 150 J arttı. Daha sonra izokorik işlemdeki gaza ilk işlemdeki ile aynı miktarda ısı verildi. Bu iki işlem sonucunda gazın iç enerjisi ne kadar arttı? (400)
975. İÇİNDE izotermal süreç gaz 1000 J iş yapmıştır. Bu gaza ilk işlemdekinin iki katı kadar ısı verilirse ve işlem izokorik olarak yapılırsa iç enerjisi ne kadar artar? (2000)
976. İzotermal bir süreçte gaz 200 J ısı aldı. Bundan sonra adyabatik süreçte gaz ilk süreçtekinin iki katı iş yaptı. Bu iki işlem sonucunda gazın iç enerjisi ne kadar azaldı? (400)
977. İzobarik ısıtma sırasında gaza 16 J ısı verildi, bunun sonucunda gazın iç enerjisi 8 J arttı ve hacmi 0,002 m3 arttı. Gazın basıncını (kPa cinsinden) bulun. (4)
978. 0,1 MPa sabit basınçta ideal bir gazı ısıtmak için 700 J ısı tüketildi. Bu durumda gazın hacmi 0,001'den 0,002 m3'e çıkmış ve gazın iç enerjisi 800 J olarak ortaya çıkmıştır. Gazın ısınmadan önceki iç enerjisi neydi? (200)
979. Eğer gaza 290 J ısı verilirse, izobarik ısıtma sırasında 27°C'den 47°C'ye kadar 0,5 mol gazın iç enerjisindeki değişimi belirleyin. Evrensel gaz sabiti 8300 J/(kmol)'dir. K). (207)
980. Sabit basınçta iç enerjisi 747 J artarsa ve bir molün sabit basınçta ısı kapasitesi evrensel gaz sabitinden 20,75 J / daha büyükse, ideal bir gazın bir molünün sıcaklığı kaç derece arttı? (molK)? (36)
981. İdeal bir gazın bir molü sabit basınçta ısıtılır ve daha sonra sabit hacimde 300 K başlangıç sıcaklığına eşit bir sıcaklığa aktarılır. Sonuç olarak bir miktar ısının olduğu ortaya çıktı. Gaza 12.45 kJ aktarıldı. Gazın kapladığı hacim kaç kez değişti? Evrensel gaz sabiti 8300 J/(kmolK)'dir. (6)
982. Belirli miktardaki ideal gazı ısıtmak için molar kütle Sabit basınçta 14 K'da 28 kg/kmol, 29 J ısı gerektiriyordu. Daha sonra aynı gazı sabit hacimde orijinal sıcaklığına kadar soğutmak için gazdan 20,7 J ısının uzaklaştırılması gerekir. Gazın kütlesini (g cinsinden) bulun. Evrensel gaz sabiti 8300 J/(kmol K)'dir. (2)
983. Belirli bir ideal gaz kütlesi sabit basınçta 15°C'den 65°C'ye ısıtılır ve 5 kJ ısı emilir. Bu gazın sabit hacimde, aynı başlangıç ve son sıcaklıklarda ısıtılması 3,5 kJ ısı harcamasını gerektirir. 15°C sıcaklıkta ve 20 kPa basınçta bu gaz kütlesinin hacmini (l cinsinden) bulun. (432)
a) Isıtma ve soğutma
892. Hangi cıva kütlesi 13 kg alkolle aynı ısı kapasitesine sahiptir? Alkolün özgül ısı kapasitesi 2440 J/(kg×K), cıvanın özgül ısı kapasitesi 130 J/(kg×K)'dir. (244)
893. İki özdeş cisim birbirine sürttüğünde, bir dakika sonra sıcaklıkları 30°C artar. Sürtünme sırasında her iki cisimde geliştirilen ortalama güç nedir? Her bir gövdenin ısı kapasitesi 800 J/K'dir. (800)
894. 600 W elektrikli ocakta 3 litre su 40 dakikada kaynama noktasına kadar ısıtılıyor. Başlangıçtaki su sıcaklığı 20°C'dir. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg×K)'dir. Kurulumun verimliliğini (yüzde olarak) belirleyin. (70)
895. El matkabıyla metal delerken, 0,05 kg ağırlığındaki matkap 200 saniyelik sürekli çalışma içerisinde 20°C'ye kadar ısıtılır. Delme sırasında bir matkabın şebekeden tükettiği ortalama güç 10 W'dur. Matkap malzemesinin özgül ısı kapasitesi 460 J/(kg×K) ise, harcanan enerjinin yüzde kaçı matkabı ısıtmak için kullanıldı? (23)
896. 400 W gücünde bir elektrik motorunu çalıştırırken, 50 saniyelik sürekli çalışmada 10 K kadar ısınır. Motorun verimliliği (yüzde olarak) nedir? Motorun ısı kapasitesi 500 J/K'dir. (75)
897. Yağa batırılmış bir transformatör aşırı yük nedeniyle ısınmaya başlar. 60 kW'lık tam güçte, 60 kg ağırlığındaki yağın, transformatörün 4 dakikalık çalışmasında 30 ° C'ye kadar ısınması durumunda verimliliği (yüzde olarak) nedir? Yağın özgül ısı kapasitesi 2000 J/(kg×K)'dir. (75)
898. Jeneratör, her darbede 6 J enerjiye sahip ultra yüksek frekanslı darbeler yayar. Darbe tekrarlama oranı 700 Hz'dir. Jeneratör verimi %60'tır. Suyun 10 K'den fazla ısınmaması için jeneratörün soğutma sisteminden saatte kaç litre su geçmelidir? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg·K)'dir. (240)
b) Faz dönüşümleri
899. 0°C sıcaklıkta alınan buza 0,66 MJ enerji verilerek ne kadar buz eritilebilir? Buzun özgül erime ısısı 330 kJ/kg'dır. (2)
900. 100 kg çelik erime noktasında katılaştığında 21 MJ ısı açığa çıkar. Çeliğin özgül füzyon ısısı (kJ/kg cinsinden) nedir? (210)
901. -10°C sıcaklıkta alınan 2 kg buza tamamen erimesi için ne kadar ısı (kJ cinsinden) verilmelidir? Buzun özgül ısı kapasitesi 2100 J/(kg×K), buzun özgül erime ısısı 330 kJ/kg'dır. (702)
902. -50°C sıcaklıkta alınan bir miktar buzun, 50°C sıcaklıktaki suya dönüştürülmesi için 645 kJ enerji gerekmektedir. Buzun kütlesi nedir? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg×K), buzun özgül ısı kapasitesi 2100 J/(kg×K), buzun özgül füzyon ısısı 3,3×105 J/kg'dir. (1)
903. 0,1 kg kaynar suyu buhara dönüştürmek için ne kadar ısıya (kJ cinsinden) ihtiyaç vardır? Suyun buharlaşma özgül ısısı 2,26 MJ/kg'dır. (226)
904. 100°C sıcaklıkta 0,2 kg su buharı yoğunlaştığında ne kadar ısı (kJ cinsinden) açığa çıkar? Suyun özgül buharlaşma ısısı 2,3×106 J/kg'dır. (460)
905. 0°C'de alınan 1 kg suya, 100°C'ye ısıtılıp tamamen buharlaştırılması için ne kadar ısı (kJ cinsinden) eklenmesi gerekir? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg×K), suyun buharlaşma özgül ısısı 2,3×106 J/kg’dır. (2720)
906. 20°C sıcaklıkta alınan suyun ısıtılarak buhara dönüştürülmesi için 2596 kJ enerji tüketilmiştir. Suyun kütlesini belirleyin. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg×K), suyun özgül buharlaşma ısısı ise 2,26 MJ/kg'dır. (1)
907. Bir ton çeliği eritmek için 100 kW gücünde bir elektrikli fırın kullanılır. Erime başlamadan önce külçenin 1500 K'ye ısıtılması gerekiyorsa erime kaç dakika sürer? Çeliğin özgül ısı kapasitesi 460 J/(kg×K), çeliğin özgül füzyon ısısı 210 kJ/kg'dır. (150)
908. Belirli bir su kütlesini 0°C'den 100°C'ye ısıtmak için 8400 J ısı gerekir. Bu suyun tamamen buharlaşması için ne kadar daha fazla ısı (kJ cinsinden) gereklidir? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg K), suyun özgül buharlaşma ısısı ise 2300 kJ/kg'dır. (46)
909. Buzdolabındaki suyun 33°C'den 0°C'ye soğutulması 21 dakika sürdü. Bu suyu buza dönüştürmek ne kadar zaman alır? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg·K), buzun özgül erime ısısı 3,3 10 5 J/kg. Cevabı dakikalar içinde verin. (50)
910. İçinde su bulunan bir kap, elektrikli ocakta 20°C'den 20 dakika içinde kaynayana kadar ısıtılır. Suyun %42'sini buhara dönüştürmek için ne kadar zamana (dakika olarak) ihtiyaç vardır? Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg×K), suyun özgül buharlaşma ısısı ise 2,2×106 J/kg'dır. (55)
911. Belirli kalorifik değeri 36 MJ/m olan bir gaz kullanıyorsa, bir gaz yakıcının verimliliğini (yüzde cinsinden) hesaplayın 3 ve bir su ısıtıcısını 3 litre suyla 10°C'den kaynamaya kadar ısıtmak için 60 litre gaz gerekiyordu. Su ısıtıcısının ısı kapasitesi 600 J/K'dir. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg·K)'dir. (55)
912. Bir buhar makinesini çalıştırmak için 1 saatte 210 kg kömür tüketilmektedir. Makine, giriş sıcaklığı 17°C ve çıkış sıcaklığı 27°C olan su ile soğutulmaktadır. Toplam ısı miktarının %24'ü ısıtmak için kullanılıyorsa, 1 saniyede su tüketimini (kg cinsinden) belirleyin. Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg×K), kömürün özgül yanma ısısı ise 30 MJ/kg'dır. (10)
913. 54 km/saat hızda 69 kW güç üreten ve %40 verimliliğe sahip bir otomobilin motoru 10 kg benzini kaç kilometre tüketir? Benzinin özgül yanma ısısı 4,6 × 107 J/kg'dır. (40)
Şu ana kadar termodinamiğin birinci yasasının gazlara uygulanmasını ele aldık. Ayırt edici özellik gaz, hacminin önemli ölçüde değişebilmesidir. Dolayısıyla termodinamiğin birinci yasasına göre gaza aktarılan Q ısı miktarı, gazın yaptığı iş ile iç enerjisindeki değişimin toplamına eşittir:
Q = ∆U + A g.
Bu bölümde belirli miktarda ısının bir sıvıya veya katıya aktarıldığı durumları ele alacağız. Isıtıldığında veya soğutulduğunda hacimleri biraz değişir, bu nedenle genleşme sırasında yaptıkları iş genellikle ihmal edilir. Bu nedenle sıvılar ve katılar için termodinamiğin birinci yasası şu şekilde yazılabilir:
Ancak bu denklemin basitliği aldatıcıdır.
Gerçek şu ki, bir cismin iç enerjisi, yalnızca bu cisim hareket halindeyken onu oluşturan parçacıkların kaotik hareketinin toplam kinetik enerjisini temsil eder. ideal gaz. Bu durumda zaten bildiğimiz gibi iç enerji doğru orantılıdır. mutlak sıcaklık(§ 42). Sıvılarda ve katılarda parçacık etkileşiminin potansiyel enerjisi önemli bir rol oynar. Ve deneyimlerin gösterdiği gibi, sabit sıcaklık!
Örneğin su ve buzdan oluşan bir karışıma belli miktarda ısı aktarırsanız buzun tamamı eriyene kadar sıcaklığı sabit (0 ºC) kalacaktır. (Bu nedenle bir zamanlar Celsius ölçeğinin belirlenmesinde buzun erime sıcaklığı referans noktası olarak alınıyordu.) Bu durumda sağlanan ısı, moleküllerin etkileşiminin potansiyel enerjisini arttırmak için harcanır: Kristalin sıvıya dönüşmesi için kristal kafesin yok edilmesi için enerji harcamak gerekir.
Kaynama sırasında da benzer bir olay meydana gelir: Kaynama noktasında suya belirli bir miktar ısı aktarılırsa sıcaklığı sabit kalacaktır (normal sıcaklıkta 100 ºС'ye eşit). atmosferik basınç), suyun tamamı kaynayana kadar. (Bu nedenle Santigrat ölçeği için ikinci referans noktası olarak seçilmiştir.) Bu durumda sağlanan ısı aynı zamanda moleküllerin etkileşiminin potansiyel enerjisini arttırmak için de harcanır.
Buhardaki moleküllerin potansiyel etkileşim enerjisinin sudakinden daha büyük olması garip görünebilir. Sonuçta gaz molekülleri birbirleriyle pek etkileşime girmez, dolayısıyla potansiyel enerji etkileşimleri doğal olarak kabul edilir sıfır seviye. Yaptıkları budur. Ancak o zaman bir sıvıdaki moleküller arasındaki etkileşimin potansiyel enerjisinin negatif olduğu düşünülmelidir.
Potansiyel etkileşim enerjisinin bu işareti, cisimleri çekmenin karakteristiğidir. Bu durumda cisimler arasındaki mesafeyi arttırmak için iş yapılması yani etkileşimlerinin potansiyel enerjisinin arttırılması gerekir. Ve eğer bundan sonra o olursa sıfıra eşit Bu da ondan önce negatif olduğu anlamına geliyor.
Bu nedenle, sıvılara ve katılara belirli bir miktarda ısı verildiğinde durumlarında meydana gelen değişiklik, toplanma durumlarında bir değişiklik olasılığı dikkate alınarak dikkate alınmalıdır. Toplanma durumundaki değişikliklere faz geçişleri denir. Bu, katının sıvıya (erime), sıvının ise sıvıya dönüşmesidir. sağlam(katılaşma veya kristalleşme), sıvıdan buhara (buharlaşma) ve buhardan sıvıya (yoğunlaşma).
Sıvılarda ve katılarda meydana gelen termal olaylarda enerjinin korunumu yasasına ısı dengesi denklemi denir.
Öncelikle iki cisim arasında ısı alışverişinin meydana geldiği ve diğer cisimlerle ısı alışverişinin ihmal edilebileceği durum için ısı dengesi denklemini ele alalım (deneyimde, bu tür koşulları oluşturmak için kalorimetreler kullanılır - içeriklerinin ısı yalıtımını sağlayan kaplar) .
(Daha önce gazlar için düşündüğümüz gibi) vücuda aktarılan ısı miktarının, eğer sonuç olarak vücudun iç enerjisi artarsa pozitif, eğer iç enerji azalırsa negatif olduğunu düşüneceğiz. Bu durumda ısı dengesi denklemi şu şekildedir:
Ç 1 + Ç 2 = 0, (1)
burada Q1, ikinciden birinci gövdeye aktarılan ısı miktarıdır ve Q2, birinciden ikinci gövdeye aktarılan ısı miktarıdır.
Denklem (1)'den, bir cisim ısı alırsa diğerinin ısıyı verdiği açıktır. Diyelim ki eğer Q 1 > 0 ise Q 2< 0.
N cisim arasında ısı alışverişi meydana gelirse, ısı dengesi denklemi şu şekildedir:
Ç 1 + Ç 2 + … + Ç n = 0.
2. Faz geçişleri olmayan ısı dengesi denklemi
Vücudun homojen olduğunu, yani tamamen tek bir maddeden (örneğin belirli bir su kütlesi, çelik veya bakır çubuk vb.) oluştuğunu düşüneceğiz. Öncelikle vücudun toplanma durumunun değişmediği, yani bir faz geçişinin meydana gelmediği durumu ele alalım.
Temel okul fizik dersinden, bu durumda vücuda aktarılan Q ısı miktarının, cismin kütlesi m ve sıcaklığındaki değişiklik ∆t ile doğru orantılı olduğunu biliyorsunuz:
Bu formülde hem Q hem de ∆t pozitif ya da negatif nicelikler olabilir.
Bu formülde yer alan c miktarına, cismi oluşturan maddenin özgül ısı kapasitesi denir. Tipik olarak, ısı dengesi denklemindeki problemlerde sıcaklık Celsius ölçeğinde kullanılır. Biz de aynısını yapacağız.
1. Şekil 48.1, kendilerine aktarılan ısı miktarına bağlı olarak iki cismin sıcaklığının grafiklerini göstermektedir Q. Her cismin kütlesi 100 g'dır.
A) Hangi cismin özgül ısısı kaç kat daha fazladır?
b) Her bir cismin özgül ısı kapasitesi nedir?
2. Kaynar sudan çıkarılan metal bir silindir, 20 ºС sıcaklıkta 150 g su içeren bir kalorimetreye daldırılır. Suyun özgül ısı kapasitesi 4,2 kJ/(kg * K)'dir. Isı kayıplarının ihmal edilebileceğini varsayalım.
a) Denklemin neden doğru olduğunu açıklayın
c m m m (t ila – 100°) + c ila m ila (t ila – 20°) = 0,
c m ve c sırasıyla belirli bir metal ve suyun ısı kapasitesinin değerleridir, m m ve m sırasıyla silindir ve suyun kütlesinin değerleridir, t k nihai değerdir içinde termal denge kurulduğunda kalorimetrenin içeriğinin sıcaklığı.
b) Yukarıdaki formüldeki iki terimden hangisi pozitif, hangisi negatiftir? Cevabınızı açıklayın.
c) Silindirin kütlesi 100 g ve son sıcaklığı 25 ºC olduğuna göre bu metalin özgül ısı kapasitesi nedir?
d) Silindir alüminyumdan yapılmışsa ve kütlesi 100 g ise son sıcaklık nedir? Alüminyumun özgül ısı kapasitesi 0,92 kJ/(kg * K)'dir.
e) Eğer silindir bakırdan yapılmışsa ve son sıcaklığı 27 ºC ise silindirin kütlesi nedir? Bakırın özgül ısı kapasitesi 0,4 kJ/(kg * K)'dir.
Mekanik enerjinin iç enerjiye dönüştüğü durumu ele alalım. İngiliz fizikçi J. Joule, şelaledeki suyun yere çarptığında ne kadar sıcak olacağını ölçmeye çalıştı.
3. Yere çarptığında sıcaklığının 1 ºС artması için suyun hangi yükseklikten düşmesi gerekir? Bunu kabul et iç enerji Potansiyel enerjisinin yarısı suya aktarılır.
Alacağınız cevap bilim insanının neden başarısız olduğunu açıklayacaktır. Lütfen bilim adamının deneylerini en yüksek şelalenin yüksekliğinin yaklaşık 100 m olduğu memleketinde gerçekleştirdiğini dikkate alın.
Vücudun elektrikli ısıtıcı kullanılarak veya yakıt yakılarak ısıtılması durumunda ısıtıcının verimliliği dikkate alınmalıdır. Örneğin ısıtıcının verimi %60 ise bu, ısıtılan gövdenin iç enerjisindeki artışın, yakıtın yanması sırasında veya elektrikli ısıtıcının çalışması sırasında açığa çıkan ısının %60'ı olduğu anlamına gelir.
Kütlesi m olan yakıtın yanması sırasında formülle ifade edilen bir miktar Q ısısının açığa çıktığını da hatırlayalım.
burada q, özgül yanma ısısıdır.
4. Bir tencerede 20 ºС sıcaklıktaki 3 litre suyu kaynatmak için turistlerin ateşte 3 kg kuru çalı çırpı yakması gerekiyordu. Bir ısıtma cihazı olarak yangının verimliliği nedir? Çalı odununun özgül yanma ısısını 107 J/kg olarak alın.
5. Elektrikli bir ısıtıcı kullanarak 10 litre suyu kaynatmaya çalışırlar, ancak su kaynamaz: ısıtıcı açıldığında sıcaklığı 100 ºС'nin altında sabit kalır. Isıtıcı gücü 500 W, verimlilik %90.
a) Isıtıcıdan suya 1 saniyede ne kadar ısı aktarılır?
b) Su sıcaklığı sabit kaldığında, ısıtıcı açıldığında 1 s'de sudan çevredeki havaya ne kadar ısı aktarılır?
c) Isıtıcı kapatıldıktan hemen sonra su, 1 dakika içinde çevredeki havaya ne kadar ısı aktaracaktır? Bu süre zarfında su sıcaklığının önemli ölçüde değişmeyeceğini varsayalım.
d) Isıtıcı kapatıldıktan hemen sonra su sıcaklığı 1 dakika içinde ne kadar düşer?
3. Faz geçişlerinin varlığında ısı dengesi denklemi
Temel okul fizik dersinden bildiğiniz bazı gerçekleri hatırlayalım.
Kristalin bir katıyı erime noktasında tamamen eritmek için, ona cismin m kütlesiyle orantılı bir miktar ısı Q vermek gerekir:
Orantılılık katsayısı λ'ya özgül füzyon ısısı denir. Sağlanması gereken ısı miktarına sayısal olarak eşittir kristal gövde Tamamen sıvıya dönüşmesi için erime noktasında 1 kg ağırlığındadır. Spesifik füzyon ısısı birimi 1 J/kg'dır (kilogram başına joule).
Örneğin buzun özgül erime ısısı 330 kJ/kg'dır.
6. 60 kg ağırlığındaki bir insan, potansiyel enerjisi sayısal olarak 0 ºC sıcaklıkta 1 kg buzu eritmek için gereken ısı miktarına eşit miktarda artırılırsa hangi yüksekliğe kaldırılabilir?
Sorunları çözerken, bir katının ancak erime sıcaklığına kadar ısıtıldıktan sonra erimeye başlayacağını hesaba katmak önemlidir. Vücut sıcaklığının kendisine aktarılan ısı miktarına bağımlılığının grafiğinde erime süreci yatay bir bölümle temsil edilir.
7. Şekil 48.2, 1 kg ağırlığındaki bir cismin sıcaklığı ile ona aktarılan ısı miktarının grafiğini göstermektedir. 
a) Katı haldeki cismin özgül ısı kapasitesi nedir?
b) Erime noktası nedir?
c) Özgül füzyon ısısı nedir?
d) Sıvı haldeki cismin özgül ısı kapasitesi nedir?
e) Bu cisim hangi maddeden oluşabilir?
8. Dünya atmosferine uçar demir göktaşı. Demirin özgül ısı kapasitesi 460 J/(kg * K), erime noktası 1540 ºС, özgül füzyon ısısı 270 kJ/kg'dır. Göktaşının atmosfere girmeden önceki ilk sıcaklığını -260 ºС olarak alın. % 80'ini kabul et kinetik enerji Bir göktaşı atmosferde hareket ettiğinde kendi iç enerjisine dönüşür.
a) Asgari ne olmalı başlangıç hızı göktaşı erime noktasına kadar ısınacak mı?
b) Başlangıç hızı 1,6 km/s ise göktaşının hangi kısmı eriyecektir?
Varsa faz geçişleri Cesetlerin yatak sıcaklığını bulmak istiyorsanız öncelikle son durumunun ne olacağını bulmanız gerekir. Örneğin, başlangıç durumunda buz ve suyun kütleleri ve sıcaklıkları verilirse üç olasılık vardır.
Son durum yalnızca buzdur (buzun başlangıç sıcaklığı yeterince düşükse veya buz kütlesi yeterince büyükse bu gerçekleşebilir). Bu durumda bilinmeyen miktar buzun son sıcaklığıdır. Sorun doğru çözülürse, ortaya çıkan değer 0 ºС'yi geçmez. Isıl denge oluştuğunda buz bu son sıcaklığa kadar ısıtılır ve suyun tamamı 0 °C'ye kadar soğutulur, ardından donar ve ondan oluşan buz son sıcaklığa (0 °C'nin altında ise) soğutulur.
Son durumda buz ve su termal dengededir. Bu yalnızca 0 ºС sıcaklıkta mümkündür. Bu durumda bilinmeyen miktar buzun son kütlesi (veya suyun son kütlesi: su ve buz kütlelerinin toplamı verilmiştir) olacaktır. Sorun doğru çözülürse buz ve suyun son kütleleri pozitif olur. Bu durumda termal denge kurulduğunda önce buz 0 ºС'ye ısıtılır ve su 0 ºС'ye soğutulur. Daha sonra ya buzun bir kısmı erir ya da suyun bir kısmı donar.
Son hali ise sadece sudur. O zaman bilinmeyen miktar sıcaklığıdır (en az 0 ºС olmalıdır), bu durumda su son sıcaklığa kadar soğutulur ve buzun daha karmaşık bir yoldan geçmesi gerekir: önce tamamı 0 ºС'ye ısıtılır. sonra hepsi erir ve ondan oluşan buz, su son sıcaklığına kadar ısıtılır.
Bu yeteneklerden hangisinin belirli bir görevde uygulandığını belirlemek için küçük bir araştırma yapmanız gerekir.
9. 20 ºС sıcaklıkta 1,5 litre su içeren bir kalorimetreye –10 ºC sıcaklıkta bir buz parçası yerleştirilir. Isı kayıplarının ihmal edilebileceğini varsayalım. Buzun özgül ısı kapasitesi 2,1 kJ/(kg * K)'dir.
a) Kalorimetrede son durumda sadece buz varsa buzun kütlesi ne olabilir? sadece su mu? buz ve su termal dengede mi?
b) Buzun başlangıç kütlesi 40 kg ise son sıcaklık nedir?
c) Buzun başlangıç kütlesi 200 g ise son sıcaklık nedir?
d) Buzun başlangıç kütlesi 1 kg ise suyun son kütlesi nedir?
Eriyebilmesi için vücuda belirli bir miktarda ısı verilmesinin gerekli olması doğal görünmektedir. Bu olgu işimize çok yarar: Karların erimesini yavaşlatır, ilkbaharda su baskınlarını azaltır.
Ancak kristalleşme sırasında vücudun belli miktarda ısı vermesi sizi şaşırtabilir: Su donduğunda gerçekten belli miktarda ısı verir mi? Ve yine de durum böyle: donup buza dönüşen su, sıcaklığı 0 ºС'nin altında olan soğuk havaya veya buza oldukça büyük miktarda ısı verir. Bu fenomen aynı zamanda ilk donları ve kışın başlangıcını yumuşatarak bize de hizmet ediyor.
Şimdi bir sıvının buhara veya buharın sıvıya dönüşme olasılığını hesaba katalım.
Temel okul fizik dersinden bildiğiniz gibi, sabit sıcaklıkta bir sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarı Q, sıvının kütlesi m ile orantılıdır:
Orantılılık katsayısı L'ye özgül buharlaşma ısısı denir. 1 kg sıvının tamamen buhara dönüşmesi için verilmesi gereken ısı miktarına sayısal olarak eşittir. Özgül buharlaşma ısısının birimi 1 J/kg'dır.
Örneğin suyun kaynama noktasında ve normal atmosfer basıncında buharlaşma özgül ısısı yaklaşık 2300 kJ/kg'dır.
10. 20 ºС sıcaklıkta 1 litre su içeren bir kalorimetreye 100 ºC sıcaklıkta 100 g su buharı verilir. Isıl denge sağlandıktan sonra kalorimetredeki sıcaklık ne olacaktır? Isı kayıpları ihmal edilebilir.
Ek sorular ve görevler
11. Ocakta belirli bir su kütlesinin 20 ºС'den kaynama sıcaklığına kadar ısıtılması 6 dakika sürdü. Bütün bu suyun kaynaması ne kadar zaman alacak? Isı kayıplarının ihmal edilebileceğini varsayalım.
12. Buhar, 100 g ağırlığında buz içeren bir kalorimetreye 0 ºС sıcaklıkta ve 100 ºС sıcaklıkta verilir. Buzun tamamı eridiğinde ve su sıcaklığı 0 °C olduğunda kalorimetredeki suyun kütlesi ne olacaktır?
13. Sıcaklığı 0 ºС olan düz bir buz kütlesinin üzerine ısıtılmış bir alüminyum küp yerleştirildi. Küp tamamen buza batırıldığında hangi sıcaklığa kadar ısıtıldı? Isı kayıplarının ihmal edilebileceğini varsayalım. Alüminyumun özgül ısı kapasitesi 0,92 kJ/(kg * K)'dir.
14. Kurşun bir kurşun çelik bir levhaya çarpıp sekiyor. Merminin çarpmadan önceki sıcaklığı 50 ºС, hızı 400 m/s'dir. Merminin çarpma sonrası hızı 100 m/s'dir. Kaybedilen kinetik enerjinin %60'ı merminin iç enerjisine dönüştürülürse merminin hangi kısmı erir? Kurşunun özgül ısısı 0,13 kJ/(kg * K), erime noktası 327 ºС, özgül füzyon ısısı 25 kJ/kg'dır.
15. 20 ºС sıcaklıkta 1 litre su içeren bir kalorimetreye, su içeriği (kütlece)% 60 olan 100 g ıslak kar koyun. Isıl denge sağlandıktan sonra kalorimetrede hangi sıcaklık belirlenecektir? Isı kayıpları ihmal edilebilir.
İpucu. Islak kar, 0 °C sıcaklıktaki su ve buz karışımı anlamına gelir. 
