het ijs-stoomprobleem is een klassiek huiswerk voor warmte-energie. Dit zal een overzicht geven van de stappen die nodig zijn om dit probleem te voltooien en follow-up met een gewerkt voorbeeld probleem.

de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van een materiaal te verhogen is evenredig met de massa of hoeveelheid van het materiaal en de grootte van de temperatuurverandering.

De vergelijking die het meest wordt geassocieerd met de benodigde warmte is

Q = mcΔT

waarbij
Q = warmte – energie
m = massa
c = soortelijke warmte
ΔT = verandering in temperatuur = (Tfinal-Tinitial)

een goede manier om deze formule te onthouden is Q = “em cat”.

u kunt merken dat als de eindtemperatuur lager is dan de begintemperatuur, de warmte negatief zal zijn. Dit betekent dat als het materiaal afkoelt, energie verloren gaat door het materiaal.

deze vergelijking is alleen van toepassing als het materiaal nooit van fase verandert als de temperatuur verandert. Extra warmte is nodig om van een vaste stof in een vloeistof te veranderen en wanneer een vloeistof wordt omgezet in een gas. Deze twee warmtewaarden staan bekend als de warmte van fusie (vaste ↔ vloeistof) en de warmte van verdamping (vloeibare ↔ gas). De formules voor deze warmtewarmte zijn

Q = M * ΔHf
en
Q = M * ΔHv

waarbij
Q = warmte-energie
m = massa
ΔHf = fusiewarmte
ΔHv = verdampingswarmte

de totale warmte is de som van alle afzonderlijke warmtewisselingsstappen.

laten we dit in de praktijk brengen met dit ice to steam probleem.

ijs naar stoom probleem

vraag: hoeveel warmte is nodig om 200 gram ijs van -25 °C om te zetten in 150 °C stoom?nuttige informatie: soortelijke warmte van ijs = 2,06 J/g°C soortelijke warmte van water = 4,19 J / g°C soortelijke warmte van stoom = 2.03 J/g°C
smeltpunt van water = 0 °C
verdampingswarmte van water ΔHv = 2257 J/g
kookpunt van water = 100 °C

oplossing: verhitten van koud ijs tot hete stoom vereist vijf verschillende stappen:

1. warmte -25 °C ijs tot 0 °C ijs
2. smelt 0 °C vast ijs in 0 °C vloeibaar water
3. verhit 0 °C water tot 100 °C water
4. kook 100 °C vloeibaar water tot 100 °C gasvormige stoom
5. verhit 100 °C stoom tot 150 °C Stoom

Stap 1: warmte -25 °C ijs tot 0 °C ijs.

De vergelijking te gebruiken voor deze stap is “em kat”

Q1 = mcΔT

waar
m = 200 gram
c = 2.06 J/g°C
Tinitial = -25 °C
Tfinal = 0 °C

ΔT = (Tfinal – Tinitial)
ΔT = (0 °C (-25 °C))
ΔT = 25 °C

Q1 = mcΔT
Q1 = (200 g) · (2.06 J/g°C) · (25 °C)
Q1 = 10300 J

Stap 2: Smelt 0 °C vaste ijs in 0 °C vloeibaar water.

de te gebruiken vergelijking is de warmte van Fusiewarmtevergelijking:

Q2 = m * ΔHf
waarbij
m = 200 gram
ΔHf = 334 J / g
Q2 = m * ΔHf
Q2 = 200 * 334 J/g
Q2 = 66800 J

Stap 3: Verwarm water van 0 °C tot 100 °C water.

de te gebruiken vergelijking is opnieuw “em cat”.

Q3 = mcΔT

waar
m = 200 gram
c = 4.19 J/g°C
Tinitial = 0 °C
Tfinal = 100 °C

ΔT = (Tfinal – Tinitial)
ΔT = (100 °C – 0 °C)
∆ T = 100 °C

Q3 = mcΔT
Q3 = (200 g) · (4.19 J/g°C) · (100 °C)
Q3 = 83800 J

Stap 4: Kook 100 °C vloeibaar water tot 100 °C gasvormig stoom.

Deze keer is de te gebruiken vergelijking de warmte van verdamping warmtevergelijking:

Q4 = m · ΔHv

waarbij
m = 200 gram
ΔHv = 2257 J/g

Q4 = m · ΔHf
Q4 = 200 · 2257 J/g
Q4 = 451400 J

Stap 5: stoom van 100 °C verwarmen tot 150 °C stoom

nogmaals, de “EM Cat” formule is degene die gebruikt moet worden.

Q5 = mcΔT

waarbij
M = 200 gram
c = 2,03 J/g°C
Tinitial = 100 °C
Tfinal = 150 °c

ΔT = (TFINAL – Tinitial)
ΔT = (150 °C – 100 °C)
ΔT = 50 °c

Q5 = mcΔT
Q5 = (200 g) · (2.03 J / g°C) * (50 °C)
Q5 = 20300 J

Zoek de totale warmte

om de totale warmte van dit proces te vinden, worden alle afzonderlijke delen bij elkaar opgeteld.

Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
Qtotal = 10300 J + 66800 J + 83800 J + 4514400 J + 20300 J
Qtotal = 632600 J = 632,6 kJ

antwoord: de warmte die nodig is om 200 gram ijs van -25 °C om te zetten in 150 °C stoom is 632600 joule of 632,6 kilojoule.

het belangrijkste punt om te onthouden met dit soort problemen is om de “em cat” te gebruiken voor de delen waar geen faseverandering optreedt. Gebruik de warmte van fusie vergelijking bij het veranderen van vast naar vloeibaar (vloeibare zekeringen in een vaste stof). Gebruik de warmte van verdamping bij het overschakelen van vloeistof naar gas (vloeibare verdampt).

een ander punt om in gedachten te houden is dat de warmte-energieën negatief zijn bij afkoeling. Een materiaal verwarmen betekent energie toevoegen aan het materiaal. Het koelen van een materiaal betekent dat het materiaal energie verliest. Let op je borden.

warmte en energie voorbeeld problemen

Als u meer voorbeeld problemen zoals deze nodig hebt, moet u zeker onze andere warmte en energie voorbeeld problemen.

soortelijke warmte voorbeeldprobleem
warmte van fusie voorbeeldprobleem
warmte van verdamping voorbeeldprobleem
andere fysica voorbeeldproblemen
algemene fysica bewerkte voorbeeldproblemen