Kalorymetria-zadanie PDF

Preview

Summary

Kalorymetria-zadanie...

Description

Kalorymetria – Przejścia fazowe wody Ile ciepła potrzeba, aby zamienić 1 kg lodu o temperaturze -10 oC na parę wodną w temperaturze wrzenia (100) ? Ciepło właściwe lodu cl =2.1 kJ/(kg K) Ciepło właściwe wody cw =4.2 kJ/(kg K) Ciepło topnienia lodu l = 334 kJ/kg Ciepło parowania wody r = 2260 kJ/kg

t(C)

lód 0C

woda 0C

woda 100 C

para 100C

100

Q

0 lód -10 C

Q1

Q2

Q3

Q4

Q1= mclt=21kJ Q2=ml=334 kJ

Q3=mcwt=420 kJ

Q4=mr = 2260 kJ

Q=Q1+Q2+Q3+Q4 Wykres przedstawia zmianę temperatury układu w funkcji ilości dostarczonej energii cieplnej Q. W przedziale pierwszym temperatura lodu rośnie liniowo do wartości temp topnienia ( 0C ). Dalsze dostarczanie ciepła powoduje topienie się lodu ( w przedziale drugim sukcesywnie ubywa lodu, a przybywa wody ) . Dalej temperatura wody rośnie aż osiągnie stan wrzenia (100 C przy ciśnieniu normalnym). W stanie wrzenia temperatura wody nie zmienia się, a dostarczona energia cieplna wykorzystana jest na zamianę cieczy w parę o tej samej temperaturze. Nachylenie odcinka trzeciego jest mniejsze niż pierwszego. Jest to konsekwencja znacznie wyższej wartości ciepła właściwego wody w porównaniu z lodem – współczynnik kierunkowy zależności t= f( Q ) jest odwrotnie proporcjonalny do c. Poziome odcinki wykresu opisują przejścia fazowe pierwszego rodzaju, przy których zmienia się struktura układu . Q2 oznacza więc energię potrzebną do rozerwania struktury krystalicznej lodu . Q4 jest energią potrzebną do zamiany cieczy w parę. Wrzenie jest w istocie parowaniem w całej objętości. W wodzie znajdują się pęcherzyki pary nasyconej. Ciśnienie w ich wnętrzu zależy wyłącznie od temperatury – rośnie gdy rośnie temperatura. Gdy zrówna się ono z ciśnieniem zewnętrznym zaczyna się wrzenie – pęcherzyki rosną, unoszą się w górę ku powierzchni cieczy i uwalniają parę wodną. Aby ten proces trwał potrzeba ciągłego dostarczania energii cieplnej. Wrzenie jest więc procesem endotermicznym. Zadanie 1. Do termosu zawierającego 600g lodu o temperaturze 0o C wrzucono 500g stalowych gwoździ o temperaturze 80o C. Określić stan końcowy po ustaleniu się równowagi termodynamicznej. Ciepło właściwe stali 444 J/kgK.

Odpowiedź: Gwoździe podgrzeją lód i się stopi. Dane: m2= 500 g= 0,5 kg t2= 80o C T=? m1= 600g = 0,6 kg c2=444 J/kgK. c1=2100

m2*c*(t2−T)=m1*c1*(t−t1)

0,5kg*c*(80oC-T)=0,6*c1(T) 40*c-0,5kg*c*T=0,6*c1*T 40*c=0,6*c1*T+0,5kg*c*T 40*c=T*(0,6*c1+0,5kg*c) 40*c2/(0,6*c1+0,5kg*c2)=T T=(40*444)/(0,6*2100+0,5kg*444 J/kgK.)= 12

o

C

Temperatura końcowa wynosi 12 C. o

Zadanie 2. Do termosu zawierającego 1kg lodu o temperaturze -5o C wlano 1 kg wrzącej wody . Określić stan końcowy po ustaleniu się równowagi termodynamicznej. Zadanie 3. Do termosu zawierającego 1kg lodu o temperaturze -5o C wlano 0.1 kg wrzącej wody . Określić stan końcowy po ustaleniu się równowagi termodynamicznej....