Problema de Schimbare a starii de agregare

[klaudiu]

Problema de mai jos este relativ simpla... Este o problema de clasa a VIII-a... Am un profesor bun de fizica,dar nu stie sa faca liniste in clasa,iar eu practic nu inteleg ce explica...
Problema suna asa: "Câtă gheaţă la -20 C  trebuie să fie introdusă în 0,25 kg de apă aflată iniţial la 20 C,pentru ca temperatura finală să fie 0C,toată gheaţa fiind topită?(se neglijează căldura specifică a vasului; se dau c apa =4185 J/kg*K; λt=330kj/kg.)"
Nu ne-a dat totusi model de rezolvare si nu am rezolvat inca o problema de acest fel.Trebuie sa primesc cat de curand o nota si mi-a spus sa rezolv problema asta...Iar eu nu stiu nimic.

Am zis sa notez cu t(temperatura apei)=20C
                       si cu t1(temperatura gheţii)=-20;
M-am gandit sa rezolv pe baza forumlei asteia...dar nu imi dau seama pana al urma daca e bine.
Q=m[c(t-t1)+λ]
Daca puteti sa-mi dati vreo sugestie...vreo formula...ca sa rezolv...v-as fi recunoscator...stiu ca nu dati mura in gura...dar nu stiu
Va multumesc!

[Electron]

Bine ai venit, klaudiu.

Ca sa poti rezolva aceasta problema, e nevoie sa intelegi ce se intampla in vasul respectiv, intre starea initiala (gheata la -20 C si apa la 20 C) si starea finala (doar apa la 0 C).

Pentru ca o cantitate de substanta sa-si schimbe temperatura, trebuie sa primeasca sau sa cedeze o cantitate de caldura. Pentru asta sunt niste formule care leaga variatia de temperatura cu caldura si caracteristicile termice ale materialului respectiv. Asta e valabil pentru variatii de temperatura care nu implica transformari de faza.

La transformarea de faza, ce trebuie retinut este ca dupa ce ajunge la temperatura de transformare (sa zicem 0 C pentru gheata care se topeste), materialul respectiv nu isi schimba temperatura pana nu se transforma toata cantitatea din faza initiala in cea finala. Dar pentru a se transforma dintr-o faza in alta (repet, la temperatura stabila), se consuma (sau elibereaza) caldura, si este o alta formula care da dependenta dintre cantitatea transformata si caldura schimbata, pentru fiecare tranzitie posibila (gheata -> apa, apa -> gheata, apa -> vapori, etc) in general la presiune normala (daca nu se specifica altfel).

Deci, pentru a ajunge de la starea initiala la starea finala, trebuie sa se intample urmatoarele procese calorimetrice:
1) gheata sa treaca de la -20 C la 0 C (temperatura de transformare de faza), fiind inca gheata
2) gheata sa se topeasca (la 0 C) in totalitate
3) apa de la 20 C sa treaca la 0 C

Fiecarui proces ii corespunde o cantitate de caldura, data de formulele amintite mai sus (atentie la semnul variatiei de temperatura). Evident in formule o sa intre si masele de gheata si respectiv apa. Masa ghetii nu o sti, deci va fi un parametru.

Bineinteles ca intre cele trei calduri exista o anumita relatie, care iti va permite sa scoti parametrul necunoscut in functie de celelalte marimi cunoscute.

Daca ai vreo nelamurire in legatura cu ce am spus aici, nu ezita sa intrebi.

Spor.

e-

[klaudiu]

As avea nevoie de putin ajutor...
Q1=mg Cg[0-(-20)]
Cg-caldura specifica a ghetii;

Q1=mg Cg[0-(-20)]=caldura necesara ghetii pentru a trece de la -20 la 0.
Q2=mg λ g=caldura necesara ghetii pentru a se topi.
λ=Q/m;
Q3=mg C apă(20-0)=caldura necesara a apei pentru a trece de la 0 la 100.
Q4=mg λv=caldura necesara apei.
Si acum trebuie sa calculez Q1,Q2,Q3,Q4,nu?  Masurile le iau dintr-un tabel parca...

Substanta-gheata
Caldura latenta de topire(10 la a5-aJ/kg)  -  3,3
Tepmeratura de topire C  - 0
Am incercat sa fac...dar ma incurc la calcule...daca puteti sa ma ajutati cu ceva mai concret sau sa-mi aratati cum sa procedez la calcule...Ma incurc la puteri. Am inteles electron problema cat de cat...e bine ce am scris mai sus?

[Electron]

As avea nevoie de putin ajutor...
Q1=mg Cg[0-(-20)]
Cg-caldura specifica a ghetii;

Q1=mg Cg[0-(-20)]=caldura necesara ghetii pentru a trece de la -20 la 0.

Ok.

Q2=mg λ g=caldura necesara ghetii pentru a se topi.
λ=Q/m;

Ok.

Q3=mg C apă(20-0)=caldura necesara a apei pentru a trece de la 0 la 100.

Nu e corect. Ai grija la temperaturi. Tine minte ca orice "delta" din fizica este calculat ca fiind "valoare finala - valoare initiala", iar aici temperatura finala (pentru apa care se raceste) este 0 C, cea initiala fiind 20 C. Cat despre trecerea de la 0 la 100, nu stiu de unde ai scos-o ...

Q4=mg λv=caldura necesara apei.

Caldura necesara apei ca sa ce? Ce transformare calorimetrica e asta, in aceasta problema?

Si acum trebuie sa calculez Q1,Q2,Q3,Q4,nu?

Nu prea vad cum o sa calculezi tu caldurile, atata timp cat nu ai toate celelalte marimi implicate. In plus, nu ti se cer caldurile in problema, ci cantitatea de gheata.

Masurile le iau dintr-un tabel parca...

Ce masuri?

Substanta-gheata
Caldura latenta de topire(10 la a5-aJ/kg)  -  3,3
Tepmeratura de topire C  - 0

Asta nu e data in problema ?

Am incercat sa fac...dar ma incurc la calcule...

Daca te incurci la calcule, prezinta-le aici, sa vedem la ce calcul ai probleme.

daca puteti sa ma ajutati cu ceva mai concret sau sa-mi aratati cum sa procedez la calcule...

Ceva mai concret este deja mura in gura.

Ma incurc la puteri.

Ce puteri? Scrie calculele care te incurca.

Am inteles electron problema cat de cat...

Mi-e teama ca nu ai inteles suficient. De unde a aparut Q4 la tine? Nu zic ca nu e corect, dar trebuie sa explici ce si de ce scrii intr-o rezolvare. A scoate notatii si formule din burta nu e o solutie corecta.

e bine ce am scris mai sus?

Partial.

e-

[klaudiu]

Q1=mg Cg[0-(-20)]=caldura necesara ghetii pentru a trece de la -20 la 0.
Q2=mg λ g=caldura necesara ghetii pentru a se topi.
λ=Q/m;
Q3=mg C apă(20-0)=caldura necesara a apei pentru a trece de la 0 la 20.        Am gresit initial...
λt= 330000J/Kg
C apă= 4185J/Kg
Am interpretat corect acum?                Scuze pentru prostiile de mai sus...

[Electron]

Q3=mg C apă(20-0)=caldura necesara a apei pentru a trece de la 0 la 20.        Am gresit initial...

Ai gresit si acum. Care e temperatura finala si cea initiala pentru aceast proces calorimetric?

e-

[klaudiu]

Q3=mg C apă(20-0)=caldura necesara a apei pentru a trece de la 20 la 0.
 P.S. Nu stiu sa o fac...ma tot gandesc...mintea mea este ghiveci...    

[Electron]

Q3=mg C apă(20-0)=caldura necesara a apei pentru a trece de la 20 la 0.
 P.S. Nu stiu sa o fac...ma tot gandesc...mintea mea este ghiveci...    

Ia o pauza de 5 minute si apoi incearca sa raspunzi la intrebarea pe care ti-am pus-o mai devreme:

Pentru racirea apei, care e temperatura initiala si cea finala ?

Apoi scrie corect "delta T" pentru aceast proces.

e-

[klaudiu]

Nu stiu sa o rezolv...m-am straduit 2 ore...O sa cer azi ajutorul unui profesor de fizica...

[Electron]

Te-ai straduit 2 ore? Cred ca iti lua maxim 2 minute sa raspunzi la intrebarea pusa, pentru a putea avansa.

e-

[klaudiu]

M-am straduit 2 ore la problema...cat despre intrebare...temperatura initiala de racire a apei este de 20 de grade,iar cea finala 0...

[Electron]

Bun, si daca stii acest lucru, de ce nu scri corect pe Q3?

e-

[klaudiu]

Da...dar nu stiu sa-l scriu corect Nu-mi dau seama...Poti sa ma ajuti putin ?

[Electron]

Desigur. Prima data scrie formula pentru caldura schimbata la variatia de temperatura, adica formula generala, fara sa inlocuiesti valorile numerice.

e-

[klaudiu]

Qced=caldura cedata;
Qabs=caldura absolvita;
Qced=m Cg[0-(-20)]=caldura necesara ghetii pentru a trece de la -20 la 0.
Qced=m λg=caldura necesara ghetii pentru a se topi.
λ=Q/m;
Qabs=m C apă(20-0)=caldura necesara a apei pentru a trece de la 0 la 20.
m1=0,25 kg
Capa= 4185J/Kg *K= 4,185KJ/Kg*K                                   m2=?
λt=330KJ/Kg
Qced=Qabs 
Qced=c *m1*Δt=4,185Kj/Kg*K* 0,25kg*(20-0)
                     =20,925 KJ
Qabs= λt* m=330 Kj/Kg* m2
Deci Qced=Qabs  rezulta ca 20,925 Kj=330 Kj/Kg*m2 rezulta ca

       20,925 KJ
m2=  330 KJ/Kg                           = 0,063KJ= 63 g



Deci m2=63g