얼음 대 증기 문제는 고전적인 열 에너지 숙제 문제입니다. 이 문제는이 문제를 완료하는 데 필요한 단계를 간략하게 설명하고 예시적인 문제를 따른다.
재료의 온도를 높이는 데 필요한 열량은 재료의 질량 또는 양과 온도 변화의 크기에 비례합니다.
필요한 열과 가장 일반적으로 관련된 방정식은
입니다.q =mcδt
어디
Q =열 에너지
m =질량
C =비열
ΔT =온도의 변화 =(t final - t 초기 )
이 공식을 기억하는 좋은 방법은 q =“em cat”입니다.
최종 온도가 초기 온도보다 낮 으면 열이 음수입니다. 이것은 재료가 냉각됨에 따라 재료에 의해 에너지가 손실된다는 것을 의미합니다.
이 방정식은 온도가 변함에 따라 재료가 위상을 변경하지 않는 경우에만 적용됩니다. 고체에서 액체로, 액체가 가스로 바뀌는 경우 추가 열이 필요합니다. 이 두 개의 열 값은 융합 열 (고체 액체) 및 기화 열 (액체 가스)으로 알려져 있습니다. 이 열의 공식은
입니다
q =m · ΔH f
그리고
q =m · ΔH v
어디
Q =열 에너지
m =질량
ΔH f =융합의 열
ΔH v =기화 열
총 열은 모든 개별 열 변화 단계의 합입니다.
이 얼음으로 증기 문제로 이것을 실제로 넣어 봅시다.
얼음에서 증기 문제
질문 : 200g의 -25 ° C 얼음을 150 ° C 증기로 변환하려면 얼마나 많은 열이 필요합니까?
유용한 정보 :
얼음의 비열 =2.06 j/g ° C
물의 비열 =4.19 j/g ° C
증기의 비열 =2.03 j/g ° C
물의 융합 열 ΔH f =334 J/G
물의 용융점 =0 ° C
물의 기화 열 ΔH v =2257 J/G
물의 끓는점 =100 ° C
솔루션 : 차가운 얼음을 뜨거운 증기로 가열하는 데는 5 가지 단계가 필요합니다.
- 열 -25 ° C 얼음으로 0 ° C 얼음
- 0 ° C 고체 얼음을 0 ° C 액체 물로 녹입니다
- 가열 0 ° C 물에서 100 ° C 물
- 100 ° C 액체 물을 100 ° C 기체 증기로 끓입니다
- 열 100 ° C 증기 ~ 150 ° C 증기
1 단계 :가열 -25 ° C 얼음으로 0 ° C 얼음.
이 단계에서 사용하는 방정식은 "em cat"
입니다.Q 1 =mcΔt
어디
M =200 그램
C =2.06 J/G ° C
t 초기 =-25 ° C
t 최종 =0 ° C
Δt =(t final - t 초기 ))
ΔT =(0 ° C-(-25 ° C))
ΔT =25 ° C
Q 1 =McΔT
Q 1 =(200 g) · (2.06 J/g ° C) · (25 ° C)
Q 1 =10300 J
2 단계 :0 ° C 고체 얼음을 0 ° C 액체 물로 녹입니다.
사용하는 방정식은 융합 열 방정식의 열입니다.
Q 2 =m · ΔH f
어디
M =200 그램
ΔH f =334 J/G
Q 2 =m · ΔH f
Q 2 =200 · 334 J/G
Q 2 =66800 J
3 단계 :0 ° C 물로 100 ° C 물.
사용하는 방정식은 다시 "em cat"입니다.
Q 3 =mcΔt
어디
M =200 그램
C =4.19 J/G ° C
t 초기 =0 ° C
t 최종 =100 ° C
Δt =(t final - t 초기 ))
ΔT =(100 ° C - 0 ° C)
ΔT =100 ° C
Q 3 =McΔT
Q 3 =(200 g) · (4.19 j/g ° C) · (100 ° C)
Q 3 =83800 J
4 단계 :100 ° C 액체 물을 100 ° C 기체 증기로 끓입니다.
이번에는 사용되는 방정식은 기화 열 방정식의 열입니다.
Q 4 =m · ΔH v
어디
M =200 그램
ΔH v =2257 J/G
Q 4 =m · ΔH f
Q 4 =200 · 2257 J/G
Q 4 =451400 J
5 단계 :100 ° C 가열 증기로 150 ° C 증기
>다시 한번,“em cat”공식은 사용하는 것입니다.
Q 5 =mcΔt
어디
M =200 그램
C =2.03 J/G ° C
t 초기 =100 ° C
t 최종 =150 ° C
Δt =(t final - t 초기 ))
ΔT =(150 ° C - 100 ° C)
ΔT =50 ° C
Q 5 =McΔT
Q 5 =(200 g) · (2.03 J/g ° C) · (50 ° C)
Q 5 =20300 J
총 열을 찾으십시오
이 과정의 총 열을 찾으려면 모든 개별 부품을 함께 추가하십시오.
Q Total =q 1 + q 2 + q 3 + q 4 + q 5
Q Total =10300 J + 66800 J + 83800 J + 4514400 J + 20300 J
Q Total =632600 J =632.6 kj
답변 : 200g의 -25 ° C 얼음을 150 ° C 증기로 변환하는 데 필요한 열은 632600 줄 또는 632.6 킬로 줄입니다.
이 유형의 문제로 기억해야 할 주요 요점은 위상 변화가 발생하지 않는 부분에 "em cat"을 사용하는 것입니다. 고체에서 액체로 변경할 때 퓨전 방정식의 열을 사용하십시오 (액체 퓨즈는 고체로). 액체에서 가스로 변경할 때 기화 열을 사용하십시오 (액체 기화).
명심해야 할 또 다른 요점은 냉각시 열 에너지가 음수라는 것입니다. 재료를 가열한다는 것은 재료에 에너지를 추가하는 것을 의미합니다. 재료를 냉각시키는 것은 재료가 에너지를 잃는다는 것을 의미합니다. 표지판을보십시오.
열 및 에너지 예제 문제
이와 같은 더 많은 예제 문제가 필요한 경우 다른 열 및 에너지 예제 문제를 확인하십시오.
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