Zoezi la thermodynamiki lililofanyiwa kazi

Kuchanganya misa mbili za maji

Zoezi 3 · Somo 2 — Historia ya Thermodynamiki na Calorimetry

  • kalorimetria
  • mchanganyiko
  • uwezo wa joto
  • uwezo mahususi wa joto
  • Joseph Black
  • halijoto ya usawa

Swali

Misa m1=0,200 kgm_1=0{,}200\,\text{kg} ya maji kwenye T1=80 ∘CT_1=80\,{}^\circ\text{C} humiminwa kwenye chombo chenye tayari misa m2=0,300 kgm_2=0{,}300\,\text{kg} ya maji kwenye T2=15 ∘CT_2=15\,{}^\circ\text{C}. Chombo ni kalorimita bora: tunapuuza kupotea kwa joto kwenda nje na uwezo wa joto wa chombo chenyewe. Kumbuka

Q=mcΔT,Q=mc\Delta T,

ambapo uwezo mahususi wa joto wa maji ya kioevu ni c=4,18×103 J ⁣⋅ ⁣kg−1 ⁣⋅ ⁣K−1c=4{,}18\times10^3\,\text{J}\!\cdot\!\text{kg}^{-1}\!\cdot\!\text{K}^{-1}.

  1. Thibitisha kuwa joto lote linalotolewa na maji moto hupokelewa na maji baridi; andika mlinganyo wa uhifadhi wenye m1m_1, m2m_2, cc, T1T_1, T2T_2 na halijoto ya usawa TeqT_{eq}.
  2. Pata fomula ya TeqT_{eq}, kisha thamani yake ya namba.
  3. Kokotoa joto QQ linalotolewa na maji moto wakati wa kuchanganya.
  4. Je, mchanganyiko kama huu wa dutu ileile unaweza kutumika kuamua cc? Eleza.

Kidokezo
Kwa kuwa kalorimita imetengwa na ni ngumu, nishati ya ndani ya jumla U1+U2U_1+U_2 huhifadhiwa: joto linalotolewa na moja hupokelewa na nyingine kwa ishara kinyume.

Jibu la kina

Suluhisho
1. Katika kalorimita iliyotengwa, nishati ya ndani ya mfumo {\{maji moto, maji baridi}\} huhifadhiwa. Kwa kutumia Q=mcΔTQ=mc\Delta T kwa kila misa kutoka hali ya mwanzo hadi usawa,

m1c(Teq−T1)+m2c(Teq−T2)=0.m_1c(T_{eq}-T_1)+m_2c(T_{eq}-T_2)=0.

2. Kwa kuwa ni dutu ileile, cc hufutika:

Teq=m1T1+m2T2m1+m2=0,200×80+0,300×150,200+0,300=41 ∘C.T_{eq}=\frac{m_1T_1+m_2T_2}{m_1+m_2} =\frac{0{,}200\times80+0{,}300\times15}{0{,}200+0{,}300} =41\,{}^\circ\text{C}.

3.

Q=m1c(T1−Teq)=0,200×4,18×103×(80−41)≈3,26×104 J.Q=m_1c(T_1-T_{eq}) =0{,}200\times4{,}18\times10^3\times(80-41) \approx3{,}26\times10^4\,\text{J}.

Maji baridi hupokea kiasi kilekile:

m2c(Teq−T2)=0,300×4,18×103×26≈3,26×104 J.m_2c(T_{eq}-T_2)=0{,}300\times4{,}18\times10^3\times26\approx3{,}26\times10^4\,\text{J}.

4. La. Kwa misa mbili za dutu ileile, cc ileile huzidisha vipengele vyote vya mizania na hufutika. Halijoto ya usawa haitegemei cc; ni wastani wa halijoto za mwanzo uliopimwa kwa misa. Ili kupima uwezo mahususi wa joto kwa mbinu ya mchanganyiko, lazima tuongeze dutu yenye uwezo wa joto unaojulikana, kama katika zoezi linalofuata.