700 g திணிவுள்ள ஓர் உலோகப் பாத்திரத்தில் 1 லீற்றர் நீர் வெப்பநிலை 27 °C இல் உள்ளது. வெப்பநிலை 120 °C இல் உள்ள 300 g திணிவை உடைய உருக்குக் குண்டு ஒன்று இந்நீர்ப் பாத்திரத்தில் இடப்படும்போது நீரின் இறுதி வெப்பநிலை 30 °C என அளக்கப்பட்டது. உருக்கினதும் நீரினதும் தன்வெப்பக் கொள்ளளவுகள் முறையே 500 J kg⁻¹ K⁻¹, 4200 J kg⁻¹ K⁻¹ ஆகும். அட்டவணையில் தரப்பட்டுள்ள உலோகங்களில், பாத்திரம் செய்யப்பட்டுள்ள உலோகமாக இருக்கக்கூடியது எது?

(1) அலுமினியம்

2019 A/L Physics Past Paper · Question 42 (Tamil Medium)

வெப்பப் பரிமாற்றத்திலிருந்து பாத்திரத்தின் உலோகம்

$700\ \text{g}$ திணிவுள்ள ஓர் உலோகப் பாத்திரத்தில் $1$ லீற்றர் நீர் வெப்பநிலை $27\ ^\circ\text{C}$ இல் உள்ளது. வெப்பநிலை $120\ ^\circ\text{C}$ இல் உள்ள $300\ \text{g}$ திணிவை உடைய உருக்குக் குண்டு ஒன்று இந்நீர்ப் பாத்திரத்தில் இடப்படும்போது நீரின் இறுதி வெப்பநிலை $30\ ^\circ\text{C}$ என அளக்கப்பட்டது. உருக்கினதும் நீரினதும் தன்வெப்பக் கொள்ளளவுகள் முறையே $500\ \text{J kg}^{-1}\text{ K}^{-1}$ , $4200\ \text{J kg}^{-1}\text{ K}^{-1}$ ஆகும். அட்டவணையில் தரப்பட்டுள்ள உலோகங்களில், பாத்திரம் செய்யப்பட்டுள்ள உலோகமாக இருக்கக்கூடியது எது?

(1) அலுமினியம்
(2) செம்பு
(3) ஈயம்
(4) இரும்பு
(5) வெள்ளி

Answer and explanation

Answer: (2) செம்பு

வினா என்ன கேட்கிறது

எமக்குத் தெரிந்தவை:

குண்டு 120 °C இலிருந்து 30 °C ஆகக் குளிர்கிறது.

நீரும் பாத்திரமும் 27 °C இலிருந்து 30 °C ஆகச் சூடாகின்றன.

அட்டவணையில் பாத்திரம் எந்த உலோகத்தால் ஆனது எனக் காண வேண்டும்.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

வெப்பப் பரிமாற்றத் தத்துவம்.

சூடான குண்டு இழந்த வெப்பம், நீரும் பாத்திரமும் பெற்ற வெப்பத்துடன் சூழலுக்கு இழந்த வெப்பத்தையும் சேர்த்ததற்குச் சமம்.

ஒரு பொருளின் வெப்ப மாற்றம் $Q = mc\Delta\theta$ .

சூழலுக்கு இழப்பு பூச்சியமாகவோ அதிகமாகவோ இருக்கலாம். பூச்சியத்திலும் குறைவாக இருக்க முடியாது.

சூடான பொருளிலிருந்து இழக்கப்பட்ட வெப்பம் = குளிரான பொருள்பெற்ற வெப்பம்.

தேவையான சமன்பாடுகள்

$Q = mc\,\Delta\theta$

$Q_{ball} = Q_{water} + Q_{cont} + Q_{loss},\quad Q_{loss} \ge 0$

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

$13500$

$Q_{ball} = 0.3 \times 500 \times (120 - 30)$

$12600$

$Q_{water} = 1 \times 4200 \times (30 - 27)$

$900$

$Q_{cont} \le 13500 - 12600$

காரணம் / கணக்கீடு

பாத்திரம் $0.7 \times c \times 3$ J பெறும்.

இது $900$ J ஐ விட அதிகமாக இருக்க முடியாது.

$c \le \dfrac{900}{2.1} \approx 429\ \text{J kg}^{-1}\text{ K}^{-1}$

சூழலுக்கு இழப்பு இல்லாதபோது மட்டுமே சமம்.

$c \le 429$ உள்ள உலோகங்கள் எவை?

செம்பு ( $385$ ), வெள்ளி ( $230$ ), ஈயம் ( $128$ ).

அலுமினியம் ( $900$ ), இரும்பு ( $450$ ) பெரியவை.

$808.5$

$0.7 \times 385 \times 3$

$91.5$

$900 - 808.5$

$417$

$900 - 0.7 \times 230 \times 3$

$631$

$900 - 0.7 \times 128 \times 3$

செம்பு சிறிய இழப்புடன் பொருந்துகிறது, ஏறத்தாழ $90$ J.

வெள்ளிக்கும் ஈயத்துக்கும் பெரும்பாலான வெப்பம் சூழலுக்குப் போக வேண்டும்.

ஆகவே பாத்திரம் செம்பு.

இந்த உலோகத்துக்கு $0.7 \times 900 \times 3 = 1890$ J வேண்டும். மீதம் $900$ J மட்டுமே.

இந்த உலோகத்துக்கு $269$ J மட்டுமே வேண்டும். அப்போது $631$ J சூழலுக்குப் போக வேண்டும். அது நம்பத்தக்கதல்ல.

இந்த உலோகத்துக்கு $0.7 \times 450 \times 3 = 945$ J வேண்டும். மீதம் $900$ J மட்டுமே.

இந்த உலோகத்துக்கு $483$ J மட்டுமே வேண்டும். அப்போது $417$ J சூழலுக்குப் போக வேண்டும். அது பெரிய இழப்பு.

சரிபார்ப்பு

சரிபார்ப்பு.

இழப்பு இல்லாதபோது $c = 429$ . இது இரும்புக்கு ( $450$ ) அருகில் உள்ளது.

ஆனால் இரும்பு முடியாது. அதற்கு இருக்கும் வெப்பத்தைவிட அதிகம் வேண்டும்.

அது எதுவுமில்லாமல் சக்தியை உருவாக்குவதாகும்.

சூழலுக்கு இழப்பு ஒருபோதும் மறையாகாது.

$(0.3 * 500 * 90 - 4200 * 3) / (0.7 * 3)$

முடிவு

பாத்திரத்துக்கு அதிகபட்சம் $900$ J மீதம், ஆகவே $c \le 429$ .

இரும்பும் அலுமினியமும் முடியாது.

செம்பு சிறிய இழப்புடன் பொருந்துகிறது.

விடை தெரிவு (2).

$c = 429$ எனக் கண்டு, அருகிலுள்ள $450$ (இரும்பு) ஐத் தெரிவுசெய்தல்.

இரும்புக்கு $945$ J வேண்டும். அது இருக்கும் வெப்பத்தைவிட அதிகம். அது சக்திக்காப்பு விதியை மீறும். சூழலுக்கு இழப்பு ஒருபோதும் மறையாகாது.

සිංහල · English