Page 31 - fizica-viii

UNITATEA 1 Fenomene termice 29

Problemă rezolvată Știai că?
Într-un calorimetru se introduc 2 kg de apă la temperatura de 40 °C şi În Islanda, în locul unui ghe-
3 kg de gheaţă la temperatura de –20 °C. Neglijând pierderile de căldură şi țar care s-a topit, stă o placă al
cunoscând temperatura de topire a gheţii, t = 0 °C, determină: cărei mesaj, adresat generațiilor
0
a) temperatura de echilibru şi starea de agregare finală ale sistemului; viitoare, sună așa: „Ok este primul
ghețar islandez care și-a pierdut
b) masele finale de apă şi gheaţă. statutul de ghețar. În următo-
c) Reprezintă grafic variaţia în timp a temperaturii apei şi gheţii. rii 200 de ani toți ghețarii noș-
Rezolvare: tri vor avea aceeași soartă. Acest
m = 2 kg a) Conform celor discutate anterior, sunt 4 cazuri monument ne arată că știm ce se
întâmplă și știm ce trebuie făcut.
1
m = 3 kg posibile, dintre care îl vom alege pe cel potrivit date- Numai tu știi dacă am și făcut”.
2
t = 40 °C lor problemei. Calculăm mai întâi cantitatea de căl-
1
t = -20 °C dură cedată de apă în timpul răcirii de la t la t :
2
t = 0 °C |Q | = m c (t – t ) = 336 000 J 1 0
0
1 1
0
1
1
Date din tabel: şi cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi
J
_

c = 4 200 gheaţa de la t la t :

kg ⋅ K
1
2
0
Q = m c (t – t ) = 126 000 J.
J
_

0
2
2 2

2

c = 2 100 Deoarece |Q | > Q , gheaţa ajunge mai repede la tem- Apele oceanului Arctic sunt în

kg ⋅ K
2
2
1
J _

λ = 330 000 peratura de topire t decât apa. echilibru termic cu ghețarii care

0
kg plutesc pe apă. Deși temperatura
Trebuie să clarificăm dacă se topeşte toată gheaţa
a) t = ? sau numai o parte din ea. Pentru a răspunde la apei nu se schimbă semnificativ
de la iarnă la vară, cantitatea de
starea de această întrebare, calculăm cantitatea de căldură gheață se schimbă: iarna aceasta
agregare finală = ? necesară pentru a topi toată gheaţa: se mărește, iar vara scade atât
b) m = ? Q = m λ = 990 000 J. de mult încât Polul Nord poate fi
atins cu vaporul.
2
3
apă
m gheaţă = ? Deoarece |Q | < Q + Q , nu se topeşte toată gheaţa,
1
2
3
c) grafic = ? deci temperatura finală va fi t = 0, iar în calorimetru
0
va fi atât apă, cât şi gheaţă.
b) Din ecuaţia de bază a calorimetriei |Q | = Q + Q ′
3
2
1
putem calcula cantitatea de căldură rămasă pentru
a topi o parte din gheaţă:
Q ′ = Q – Q = 210 000 J.
2
1
3
Cum Q ′ = m ′λ, putem calcula şi masa de gheaţă
3
2
topită: m ' = Q ' / λ = 0,63 kg.
2
3
În final, în calorimetru vom Sistemul centralizat de încălzire,
avea masele implementat la începutul secolu-
m = m + m ′ = 2,63 kg şi lui al XX-lea în majoritatea clădiri-
apă
1
2
m gheaţă = m – m ' = 2,37 kg. lor mari din SUA, folosea ca agent
termic aburul. Aburul din cazane
2
2
c) Graficul cerut se vede în era transportat în radiatoarele
figura alăturată. din locuințe, unde se condensa,
degajând căldură, fără să se
răcească. Întregul sistem conținea
Verifică dacă ai înțeles! apă și aburi în echilibru termic, la
1 De ce depinde temperatura finală a unui amestec din apă şi gheaţă? o temperatură foarte mare. Aburul
a fost înlocuit treptat cu apa caldă
2 În afară de temperatură, prin ce se mai caracterizează starea finală? ca agent termic, deoarece tempe-
3 Ce este un sistem neomogen din punct de vedere al stărilor de agregare? ratura apropiată de 100 °C a radi-
Poate fi un sistem neomogen în echilibru termic? atoarelor supraîncălzea locuințele,
fiind necesară deschiderea gea-
4 Ce se întâmplă dacă amestecăm 1 kg de apă la temperatura de 20 °C cu 1 kg murilor, așadar risipă de energie.
de gheaţă la temperatura de −20 °C ? Dar dacă masa de gheaţă este de 2 kg? Sistemul funcționează însă și acum
în Empire State Building.
Același sistem cu aburi se utili-
Aplică cele învățate! zează și în reactoarele nucleare,
Schimbă în problema rezolvată anterior temperatura iniţială a apei la pentru a transfera energia termică
din miezul reactorului la turbine.
4 °C, restul datelor rămânând neschimbate, apoi rezolv-o.