TERMODYNAMIKA – BILANS CIEPLNY

mgr Kamila Haule
Akademia Morska w Gdyni
TERMODYNAMIKA – BILANS CIEPLNY
ciepło właściwe wody:
ciepło właściwe lodu:
ciepło właściwe pary wodnej:
4185 J/(kg·K)
2100 J/(kg·K)
1,84 kJ/(kg·K)
ciepło topnienia lodu:
ciepło parowania wody:
3,3·105 J/kg
22,5·105 J/kg
1.
Młot o masie 10 kg spada na ołowianą podkowę o masie 500 g z wysokości 3 m i ogrzewa ją.
Po uderzeniu młot odskakuje na wysokość 20 cm. Oblicz o ile ogrzeje się podkowa, jeżeli pochłonie
całe wytworzone ciepło. Ciepło właściwe ołowiu wynosi 125,5 J/(kg·K).
2.
W wodzie o masie 450 g i temperaturze 17°C skrop lono 15 g pary wodnej o temperaturze 100°C.
Oblicz ciepło parowania wody jeżeli jej temperatura wzrosła do 37°C.
3.
Do 280 g wody o temperaturze 16°C wrzucono 40 g lodu o temperaturze 0°C. Temperatura wody po
stopieniu lodu zmniejszyła się do 4°C. Oblicz ciepło topnienia lodu.
4.
Do naczynia zawierającego 1 kg wody o temperaturze 10°C wło żono kawałek lodu o temperaturze
−32°C, w wyniku czego woda zamarzła i wytworzył si ę lód o temperaturze −2°C. Jak ą masę lodu
włożono do naczynia?
5.
Do kalorymetru o masie 0,25 kg i cieple właściwym 410 J/(kg·K), zawierającego 0,6 kg wody
o temperaturze 20°C wprowadzono 0,025 kg pary wodne j o temperaturze 100°C. Na skutek skroplenia
pary uzyskano w kalorymetrze temperaturę 44°C. Oblicz ciepło parowania wody.
6.
Ile śniegu o temperaturze 0°C mo że stopić jeden kilogram pary wodnej o temperaturze 100°C?
7.
Ile lodu o temperaturze −5°C nale ży wrzucić do 314 g wody o temperaturze 60°C, aby j ą oziębić do
temperatury 15°C?
8.
Pewien dietetyk zachęca swoich pacjentów, aby pili lodowatą wodę. Według jego teorii organizm
zużywa tłuszcz, aby ogrzać wodę od 0°C do temperatury ciała, czyli 37°C. Ile takie j wody trzeba by
wypić, aby spalić 454 g tłuszczu, zakładając, że wymaga to oddania wodzie 3500 kcal ciepła?
9.
Oblicz minimalną energię potrzebną do całkowitego stopienia 130 g srebra o temperaturze
początkowej 15°C. Ciepło wła ściwe srebra wynosi 250 J/(kg·K), ciepło topnienia 105 kJ/kg,
a temperatura topnienia 962°C.
10. Naczynie miedziane o masie 150 g zawiera 220 g wody. Woda i naczynie mają taką samą temperaturę
20°C. Do naczynia wrzucono rozgrzany walec miedzian y o masie 300 g. W rezultacie woda zaczęła
wrzeć, a 5 g zmieniło się w parę. Końcowa temperatura układu wynosi 100°C. Zaniedbaj wym ianę
ciepła z otoczeniem. Ciepło właściwe miedzi wynosi 386 J/(kg·K).
a) Ile ciepła (w kaloriach) zostało przekazane wodzie?
b) Ile ciepła otrzymało naczynie?
c) Jaka była początkowa temperatura walca?
11. W termosie znajduje się 130 cm3 gorącej kawy o temperaturze 80°C. W celu ochłodzenia ka wy
wrzucasz do termosu kostkę lodu o masie 12 g, znajdującego się w temperaturze topnienia. O ile
stopni spadnie temperatura kawy po stopieniu lodu? Uznaj, że kawa ma takie same właściwości
cieplne jak czysta woda i zaniedbaj wymianę energii z otoczeniem.
12. Pewna osoba przyrządza mrożoną herbatę, mieszając 500 g gorącej herbaty (będącej niemal
w całości wodą) z taką samą masą lodu o temperaturze topnienia. Jaka będzie temperatura końcowa
herbaty i ile lodu będzie w niej pływać, jeżeli założymy, że gorąca herbata miała temperaturę a) 90°C
i b) 70°C? Zaniedbaj wymian ę ciepła z otoczeniem.
Strona 1 z 2
mgr Kamila Haule
Akademia Morska w Gdyni
PYTANIA
1.
Podaj w podstawowych jednostkach układu SI temperaturę:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
212 F
32 F
–273°C
470 F
0F
50 F
g)
h)
i)
j)
k)
l)
95 F
dwukrotnie mniejszą niż 0°C
dwukrotnie większą niż 2°C
trzykrotnie mniejszą niż 30°C
różnicę temperatur t1 = 25°C i t 2 = 15°C
różnicę temperatur t1 = 100 F i t2 = 15°C
2.
Ile energii wymaga ogrzanie 1 grama wody o 1°C? A 1 kilograma wody?
3.
Dla porównania ile energii potrzeba do ogrzania 1 g podanych substancji o 1°C?
a)
b)
c)
d)
ołów, CPb = 128 J/(kg·K)
miedzi, CCu = 386 J/(kg·K)
aluminium, CAl = 900 J/(kg·K)
srebra, CAg = 236 J/(kg·K)
4.
Sprawdź czy do ogrzania 3 kg wody o 1°C potrzeba tyle samo energii co do ogrzania 1 kg wody o 3°C.
5.
Jaka wielkość wyznacza kierunek przepływu ciepła?
6.
Co oddaje więcej ciepła do otoczenia: szklanka wrzątku czy wiadro wrzątku? W którym naczyniu
cząsteczki wody mają większą średnią energię kinetyczną? A w którym jest zgromadzona większa
energia wewnętrzna?
7.
Ciało stygnące szybciej ma mniejsze czy większe ciepło właściwe od ciała stygnącego wolniej?
8.
Ciało ogrzewające się szybciej ma mniejsze czy większe ciepło właściwe od ciała ogrzewającego się
wolniej?
9.
Która zmiana temperatury jest większa: o 1°C czy o 1 F?
e)
f)
g)
h)
benzyny, Cb = 2100 J/(kg·K)
piasku, Cp = 800 J/(kg·K)
złota, CAu = 129 J/(kg·K)
żelaza, CFe = 452 J/(kg·K)
10. Dlaczego po wyjęciu z lodówki arbuz dłużej utrzymuje niską temperaturę niż kanapka?
11. Co dłużej trzyma ciepło: 10 kg płyta z żelaza czy 10 kg pojemnik z wodą o tej samej temperaturze?
12. a) Ile ciepła (w J i cal) wydzieli się przy zamarzaniu 1 g wody o temperaturze 0°C?
b) Ile ciepła (w J i cal) wydzieli się przy skraplaniu 1 g pary wodnej o temperaturze 100°C?
c) Ile ciepła (w J i cal) wydzieli się w wyniku oziębienia 1 g wody od 100°C do 0°C?
d) Ile ciepła (w J i cal) wydzieli się w wyniku zamiany 1 g pary o temperaturze 100°C w l ód
o temperaturze 0°C?
13. Czy ciecz zamieniająca się w gaz pochłania czy wydziela ciepło? A gdy zamienia się w ciało stałe?
14. Czy skraplający się gaz pochłania czy wydziela ciepło? A topiące się ciało stałe?
15. Czym się różni ciepło topnienia od ciepła krzepnięcia? A ciepło parowania od ciepła skraplania?
Porównaj wartości i kierunki przepływu.
16. W jednym pojemniku znajduje się gazowy hel o temperaturze 15°C, a w drugim – taka sama ilość helu,
ale dwa razy cieplejszego. Jaka jest jego temperatura w skali Celsjusza?
Strona 2 z 2