Fysik

Termisk energi (isterning)

30. september 2023 af 23årgammeltmenneske - Niveau: C-niveau

Opgaven:

En klump is med massen m = 1 kg og temperaturen T = -5C smelter, og bliver til en vandpyt

med temperaturen T = 10C.

a) Hvor meget energi går der til at varme isen op til 0C?

b) Hvor meget energi går der til at smelte isen?

c) Hvor meget energi går der til den samlede proces fra T = -5C til T = 10C?

Mine løsninger til a og b:

$\\ m(is)=1\;kg \\ T(is) = -5 ^{\circ} C \\ smeltevandet \;: \; T=10^{\circ} C \\ Opvarmningen\; af\; isen\; til \;0\;^{\circ} C: \\ E_{opv}=m\cdot c \cdot \Delta T \\ E_{opv}=1 \;kg\cdot 4180 J/(kg\cdot ^{\circ} C) \cdot \5 ^{\circ} C \\ E_{opv}=20900 \;J \approx 21\; kJ \\ Energi \;der \;bruges \; til \;smeltningen\;af\;isen: \\ E_{smelte} = m_{is} \cdot L_{is}=1\;kg \cdot 334\; kJ/kg = 334 \;kJ$

Hvad er forskellen imellem de to, for jeg kan ikke helt gennemskue det?

Formlen for at udregne den mængde energi, der bliver brugt til smeltevarmen har ingen temperaturforskel, så jeg er forvirret over, hvad energien helt konkret går til? Den energi, som er gået til smeltningen af isen er også meget stort ift. den energi, der er blevet brugt til opvarmningen af isen på 5 grader celcius, så jeg tænkte umiddelbart, at så må temperatur forskellen i smeltningen af isen være større, men den indgår slet ikke i formlen, da jeg skulle bruge den til at løse opgaven for smeltning af isen og der fremgår heller ikke sådanne oplysninger i opgavebeskrivelsen, så hvorfor er det, at det kræver så meget energi, og hvad går den til - jeg tror også her, at jeg skal have en afklaring om, hvad der egentlig menes om et stofs "smeltepunkt" eller "kogepunkt" ?

Brugbart svar (1)

Svar #1
30. september 2023 af mathon

Isens varmefylde er forskellig fra flydende vands varmefylde.

Brugbart svar (1)

Svar #2
30. september 2023 af ringstedLC

$\begin{align*} c_{is} &\;{\color{Red} \neq }\; c_{vand} \\ c_{is}=2039 \,\tfrac{\textup{J}}{\textup{kg}\;^{\circ}\textup{C}} &\;,\; c_{vand}=4180 \,\tfrac{\textup{J}}{\textup{kg}\;^{\circ}\textup{C}} \end{align*}$

H₂O findes bla. på formerne fast (is), væske (vand) og gas (damp).

- Fast form: Bestanddelene er fast bundet i en struktur. Man kan fx stavle isterninger oven på hinanden.

- Flydende form: Bestanddelene er løst bundet til hinanden uden struktur. Det kræver fx en beholder at få vands molekyler til ligge ovenpå på hinanden.

- Gas form: Bestandelene er ikke bundet til hinanden, men bevæger sig frit. Det kræver fx en lukket beholder at opbevare gas.

Smeltevarmen/energien går til isens faseskift fra fast- til flydende form da strukturen i is (is-krystallerne) skal nedbrydes. Is ved 0 ºC skal altså tilføres en mængde energi for at omdannes til vand ved 0 ºC.

Omvendt; ved afkøling af vand ved fryse-/smeltepunktet, hvor vandet skal afgive smelteenergien for at omdannes til is ved 0 ºC.

De samme forhold gælder ved kogepunktet.

Svar #3
30. september 2023 af 23årgammeltmenneske

Det hjalp meget, tak!

Svar #4
30. september 2023 af 23årgammeltmenneske

Et spsm. mere - er is smeltevarme ikke 334 kJ/kg? Jeg kan ikke finde det tal du oplyser på nettet?

Svar #5
30. september 2023 af 23årgammeltmenneske

-Hvis det er et faseskift og ikke en temperatur ændring, så giver det også mening, at der ikke står grader i enheden?

Svar #6
30. september 2023 af 23årgammeltmenneske

Jeg tror måske ikke helt jeg forstår det så, jeg må lige undersøge det nærmere selv

Brugbart svar (1)

Svar #7
30. september 2023 af ringstedLC

#5: Netop. Under faseskiftet er temperaturen konstant.

#4: Jo!

$\begin{align*} L_{is} &= 334\,\tfrac{\textup{kJ}}{\textup{kg}} \end{align*}$

c_is:

Se http://formel.dk/materialedata/is.htm

eller https://en.wikipedia.org/wiki/Table_of_specific_heat_capacities

Derfor: Skriv altid hvilke tabelværdier, der bruges!

c) Samlet opvarmning:

$\begin{align*} E_{opv}=Q &= m\cdot c_{is}\cdot \bigl(0^{\circ}\textup{C}-T_{is}\bigr)+m\cdot L_{is}+ m\cdot c_{v}\cdot \bigl(10-0\bigr)^{\circ}\textup{C} \\ Q &= m\cdot \bigl(c_{is}\cdot 5^{\circ}\textup{C}+L_{is}+ c_{v}\cdot 10^{\circ}\textup{C}\Bigr) \end{align*}$

Svar #8
30. september 2023 af 23årgammeltmenneske

Super tak for svar igen!

Brugbart svar (1)

Svar #9
30. september 2023 af ringstedLC

Prøv så at se om ikke din tidligere opgave https://www.studieportalen.dk/forums/thread.aspx?id=2076244 nu giver bedre mening.

Svar #10
30. september 2023 af 23årgammeltmenneske

Havde helt glemt om den, takk!!

Skriv et svar til: Termisk energi (isterning)

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.