Какое количество теплоты отдает 5 л воды при охлаждении с 50 с до 10 с: Какое количество теплоты отдает 5л воды при охлаждении с 50° до10°

Следовательно, можно сделать вывод о том , что количество теплоты прямо пропорциональна разности температур: QТ

Слайд №3:

сосуд №1 сосуд №2

В один сосуд налита вода, в другой – подсолнечное масло.

Какой из сосудов, мы будем дольше нагревать?

Ответ:

На нагревание сосуда с водой мы затратим больше энергии, соответственно, количество теплоты выделиться больше. Так как, удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг*ºС, а удельная теплоемкость масла 1700 Дж/кг*ºС. Поэтому на нагревание воды, мы затратим больше времени, но и остывать вода будет дольше, чем масло, в связи с большим значением теплоемкости.

Вывод: количество теплоты зависит от рода вещества, т.е., от величины удельной теплоемкости: Qс

3. Изучение нового материала (25 мин )

Молодцы ребята, закрепили изученный материал, а сейчас подытожим наши знания и выведем формулу, для расчета количества теплоты различных веществ.

Из слайдов хорошо видно, что количество теплоты зависти от трех физических величин, причем зависимость прямая, т.е., во сколько раз увеличивается одна из величин, во столько раз увеличивается и количество теплоты.

Поэтому, получаем новую формулу для расчета количества теплоты:

Q=сmΔT

где,

Q– полученная телом теплота, Дж

c– удельная теплоемкость тела, Дж/(кг°С)

m– масса тела, кг

Δt– изменение температуры тела, °С

Δt, можно представить как разность начальной и конечной температур:

Δt=t₂— t₁

Поэтому формулу модно представить в виде:

Формулу Q=cmΔt применяют не только в том случае, когда тело нагревается. Ее также используют для подсчета количества теплоты при охлаждении тел.

Вполне очевидно, что если происходит нагрев тела, то

Δt=t₂— t₁>0 и Q>0,

то есть телополучает тепло.

Если тело остывает,

t₂< t₁ и Δt<0 и Q<0.

это указывает на то, что тело отдает в окружающую среду количество теплотыQ.

Коэффициент «с» берут из специальных таблиц. Удельные теплоемкости некоторых веществ, Дж/(кг°С) показана на странице 21 учебника. Например, для жидкой воды с = 4200 Дж/(кг°С). Это значение показывает, что для нагревания 1 кг воды на 1 °С потребуется 4200 Дж теплоты. Для воды в твердом состоянии (льда) коэффициент «с» уже другой; он равен 2100 Дж/(кг°С).

На уроке учитель разбирает задачи в порядке их сложности.

Учащиеся по желанию выходят к доске, побывать свои силы.

Задача на 3 балла:

Задача №1:

Определить, какое количество теплоты необходимо сообщить куску свинца массой 2 кг для его нагревание на 10°С.

Дано: СИ Решение:

m=2 кг по таблице находим для свинца:

с=140 Дж/(кг°С) с=140 Дж/(кг°С)

Δt=10 °С формула для расчета количества теплоты:

Q=сmΔT

Q-? Подставляем численное значение, получаем:

Q= 140 Дж/(кг °С)*2 кг*10°С=2800 Дж.

Ответ: Q=2800 Дж.

Задача на 4 балла:

Задача №2:

Какое количество теплоты отдает 5 л воды при охлаждении с 50°С до

10°С?

Для более сильных учеников, учитель предлагает следующую задачу.

Задача №3

Для нагревания куска цинка массой 100 г потребовалось 15 кДж теплоты. До какой температуры был нагрет кусок цинка, если его начальная температура была равна 25°С?

4. Домашнее задание (3 мин)

Домашнее задание § 9, упражнение №4.

Для сильных учеников, предлагается задача под запись:

Задача:

При охлаждении куска олова массой 100 г до температуры 33°С выделилось 5 кДж энергии. Определите температуру олова до охлаждения

  Вам также может понравиться:

Конкурсы 2 работы

Международный творческий конкурс к Дню детской книги «КНИЖНАЯ КАРУСЕЛЬ »

01 Марта – 20 Мая

Конкурсы 5 работ

Международный конкурс детского творчества к Дню подснежника «ПРАЗДНИК ПЕРВОЦВЕТОВ »

15 Марта – 20 Мая

Викторины 46 работ

Всероссийская интеллектуальная викторина «СИЯНИЕ ВЕСНЫ »

01 Марта – 25 Мая

Свидетельство участника экспертной комиссии Оставляйте комментарии к работам коллег
и получите документ БЕСПЛАТНО! Подробнее

• Предыдущая работа
• Следующая работа

Также вас может заинтересовать

• Уроки по физике для 9 класса ««Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки»» ^Физика
• Уроки по физике для «Урок по теме «Диффузия»» ^Физика
• Конспект занятия по физике для 9 класса «Решение задач с применением законов Ньютона.» ^Физика
• Планирование по физике для 7 класса «Рабочая программа по физике 7 класс ФГОС» ^Физика
• Презентации по физике для 7 класса «Физика в мультфильмах и мультфильмы в физике» ^Физика

Контрольные работы — персональный сайт учителей физики Гаряева АВ и Калинина ИЮ

Вариант №1

1.При трении головки спички о коробок, спичка воспламеняется. Объясните явление.

2.Какое количество теплоты отдаст стакан горячего (90⁰С) чая, остывая до комнатной температуры (20⁰С)? Массу чая принять равной 200 г.

3.Зачем в южных широтах нашей Родины местные жители во время сильной жары носят шапки-папахи и ватные халаты?

4.Сколько теплоты выделится при полном сгорании сухих березовых дров объемом 5 м³?

5.Вода в двух непрозрачных сосудах в начале находилась при одной и той же температуре, отмеченной на рисунке пунктиром. Затем сосудам были сообщены равные количества теплоты. Температура воды в них повысилась. Определите, в каком из сосудов (№1 или №2) воды больше и во сколько раз?

———————————————————————————————————————————

Вариант №2

1.Если трубу поднести к пламени так, как показано на рисунке а, то пламя разгорается сильнее, а если поставить, как на рисунке б, то пламя гаснет. Объясните почему.

2.Какое количество теплоты потребуется для нагревания латуни массой 250 г от 20 до 620⁰С?

3.Когда парусным судам удобнее входить в гавань – днем или ночью?

4.Самолеты А и Б, равные по массе, летят с одинаковой скоростью, но А выше, чем Б. Одинаковой ли внутренней энергией они обладают?

5.Как надо понимать, что удельная теплоемкость цинка 380 Дж/кг ∙⁰С?

—————————————————————————————————————————-

Вариант №3

1.Чай сохраняют горячим в термосе. Можно ли в термосе сохранить холодным взятый из холодильника морс?

2.Почему малая удельная теплоемкость ртути по сравнению с удельными теплоемкостями других жидкостей является одним из преимуществ ртути для применения ее в термометрах?

3.На что больше расходуется энергии: на нагревание чугунного горшка или воды, налитой в него, если их масса одинакова?

4. Сколько теплоты пошло на нагревание масла, налитого в мензурку, если его начальная температура была 10⁰С? Ответ выразите в джоулях.

5.Троллейбус затормозил и остановился. В какой вид энергии превратилась кинетическая энергия троллейбуса?

———————————————————————————————————————————

Вариант №4

1.Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 100 г спирта?

2.Два одинаковых стальных шарика упали с одной и той же высоты. Первый упал в мягкий вязкий грунт, а второй, ударившись о камень, отскочил и был пойман рукой на некоторой высоте. У какого шарика энергия изменилась больше?

3.Какое количество теплоты отдаст кирпичная печь массой 0,3 т, если она охладится на 20 ⁰С?

4.Необходимо быстрее охладить воду, налитую в бак. Что лучше сделать – поставить бак на лед или положить лед на крышку бака?

5.В каком из сосудов (№1 или №2) газ обладает большей внутренней энергией, если известно, что масса газа одинакова? Почему? Какая часть внутренней энергии (энергия движения частиц или энергия их взаимодействия) играют в данном случае главную роль при сравнении?

———————————————————————————————————————————-

Вариант №5

1. Один лист бумаги поднесен к свече с боку (рис. а), а другой – на такое же расстояние сверху (рис. б). Почему первый из этих листов не загорается, а второй тотчас же воспламеняется?

2.На плиту, температурой которой 200⁰С, поставлен чугунный утюг массой 2 кг и медный котелок массой 0,5 кг. Какое из этих тел нагревается быстрее? Почему? Какому из них потребуется для этого меньшее количество теплоты? Во сколько раз?

3.Каким из трех способов теплопередачи Солнце отдает часть тепла Земле и другим планетам?

4.Почему в приморских странах климат умереннее, чем в областях, находящихся в глубине материков?

5.Кирпич кажется на ощупь теплее, чем мрамор при той же температуре. Какой материал обладает лучшими теплоизоляционными свойствами? Почему?

———————————————————————————————————————————-

Вариант №6

1.Почему пила нагревается, если ею пилить длительное время?

2. В каком из этих чайников кипяток остынет быстрее?

3.В какой обуви больше мерзнут ноги зимой: в просторной или тесной? Почему?

4.Сколько теплоты надо затратить, чтобы нагреть чугунную сковороду массой 300 г от 20 до 270⁰С?

5.В какой мензурке (№1 или №2) температура воды будет выше, если им сообщить одинаковые количества теплоты?

———————————————————————————————————————————-

Вариант №7

1.Как простым способом можно воспрепятствовать нагреванию термометра электрической лампой, не передвигая их и не выключая лампы?

2.Изменилась ли внутренняя энергия чайной чашки, когда ее переставили со стола на полку серванта?

3.Латунная деталь массой 200 г имеет температуру 365⁰С. Какое количество теплоты она может передать окружающим телам, охлаждаясь до 15⁰С?

4.Какова причина порчи медицинского термометра, оставленного по недосмотру на подоконнике в солнечный день?

5. Опишите превращения энергии, которые будут происходить при падении на пол резинового и пластилинового шаров. В чем различие этих процессов?

———————————————————————————————————————————-

Вариант №8

1.Почему температура воздуха в шинах автомобиля на стоянке меньше, чем во время движения? (Температура окружающего воздуха в обоих случаях одна и та же).

2.В сосуды налиты равные массы кипятка. В один из сосудов опущен медный шар, а в другой алюминиевый. В каком из сосудов температура воды при этом понизится больше? (начальные температуры шаров и их массы одинаковы).

3.На нагревание 1 кг свинца на 100⁰С расходуется 13000 Дж теплоты. Определите удельную теплоемкость свинца.

4.При полном сгорании тротила массой 10 кг выделяется 1,5∙10⁸ Дж энергии. Чему равна удельная теплота сгорания тротила?

5.Три предмета равной массы и одинаковой температуры – из латуни, чугуна и свинца погрузили в горячую воду. а) До одинаковой ли температуры нагрелись эти предметы? б) Равные ли количества теплоты передала им при остывании вода? в) На одинаковую ли величину изменилась внутренняя энергия каждого предмета?

———————————————————————————————————————————-

Вариант №9

1.Известно, что чем больше скорость движения молекул тела, тем выше его температура. Почему же не нагревается пулька, выстрелянная в тире из пневматического ружья, хотя все молекулы движутся к мишени с большой скоростью?

2.В комнате стоят два сосуда. Один наполнен горячей водой, другой – маслом. Массы и температуры жидкостей одинаковы. Какой из сосудов остынет быстрее? Как изменится при остывании жидкостей их внутренняя энергия? Почему?

3.С какой целью стены вагонов, предназначенных для перевозки скоропортящихся продуктов, обивают изнутри войлоком?

4.Ведро воды емкостью 10 л подняли из колодца, где температура 15⁰С, и поставили на солнце. Вода в ведре нагрелась на 5 ⁰С. На сколько изменилась его внутренняя энергия?

5.В топке котла парового двигателя сожгли торф массой 20т. Какой массой каменного угля можно было бы заменить сгоревший торф? (удельную теплоту сгорания торфа принять равной 1,5∙10⁷Дж/кг).

———————————————————————————————————————————-

Вариант №10

1.Почему алюминиевая кружка с чаем обжигает губы, а фарфоровая — нет?

2.Почему притертую стеклянную пробку легче вынуть из флакона, если потереть его горлышко сухой тряпкой или бумагой?

3.Можно ли ртутным термометром правильно измерить температуру капельки жидкости?

4.Чтобы нагреть 110 г алюминия на 94⁰С, требуется 9,1 кДж. Вычислите удельную теплоемкость алюминия.

5.Миллионы тонн воды поднимаются ежеминутно с земной поверхности в виде пара на высоту в несколько километров. За счет какой энергии совершается эта огромная механическая работа?

———————————————————————————————————————————-

Вариант №11

1. Как, имея в своем распоряжении накачанную камеру мяча, кусочки ваты и бумаги, доказать, что воздух в камере обладает внутренней энергией?

2.Целесообразно ли сады в северных и средних широтах разводить в низинах?

3.Смешали бензин объемом 1,5 л и спирт объемом 0,5 л. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании этого топлива?

4.Какое количество теплоты требуется для нагревания до 100 ⁰С алюминиевого бака емкостью 10 л, наполненного водой при температуре 20⁰С? Масса самого бака 1 кг.

5.Кусок дерева, всплывая в воде, приобрел некоторую скорость и, следовательно, кинетическую энергию. Согласно закону сохранения энергии должны существовать тела, которые отдали такое же количество энергии. Какое же тело отдало энергию в данном случае?

———————————————————————————————————————————-

Вариант №12

1.Почему не замерзает картофель зимой, если он зарыт в яму?

2. При осмотре вагонов смазчик касается рукой подшипника вагонных осей. Как он при этом определяет, что подшипник требует дополнительной смазки?

3.На сколько градусов можно нагреть 100 л воды при сжигании 0,5 кг древесного угля, если считать , что вся теплота пойдет на нагревание воды?

4.В ванну налили 100 л воды при температуре 12⁰С, после чего добавили 50 л горячей воды при температуре 86⁰С. Чему равна температура смеси? Теплоту, которая пошла на нагревание ванны, не учитывать.

5.Камень лежал на земле (рис. а), его подняли и положили на скамейку (рис. б), а затем подбросили вверх (рис. в). Изменилась ли внутренняя энергия камня при таких изменениях его положения?

———————————————————————————————————————————-

Вариант №13

1.До какой температуры нагреется котел с 3 м³ воды, если затратить 40 кг каменного угля, теплота сгорания 7000 ккал/кг? (КПД котла равен 60% и начальная температура 10⁰С).

2.Почему чистое оконное стекло под действием солнечных лучей не нагревается, а стекло закопченное нагревается?

3.В алюминиевую и стеклянную кастрюли одинаковой емкости наливают горячую воду. Какая из кастрюль быстрее примет температуру налитой в нее воды?

4.Середина дна сосуда с жидкостью подогревается свечкой. Покажите стрелками направление струй жидкости в этом сосуде?

5.Сколько теплоты необходимо затратить, чтобы нагреть кусок меди массой 180 г на 10⁰С?

———————————————————————————————————————————

Вариант №14

1.Какой из стаканов (№1 или №2) при наливании кипятка с большей вероятностью останется цел?

2.Какое количество теплоты потребуется, чтобы увеличить на 10 ⁰С температуру куска олова массой 500 г?

3.В каком из цилиндров (№1 или №2) одна и та же масса газа обладает большей внутренней энергией, если температура газа не изменяется?

4. Какой массой природного газа можно заменить водород, находящийся в баллоне вместимостью 10 м³, чтобы получить то же количество теплоты, что и при сжигании водорода?

5.Кинетическая энергия пули 25 Дж. Попав в доску, пуля застряла в ней. Как изменилась при этом ее механическая энергия? Внутренняя энергия её и доски?

——————————————————————————————————-

Вариант №15

1.Какой из трех способов передачи теплоты играет наибольшую роль в работе центрального водяного отопления?

2.Известно, что для нагревания 1 кг олова на 1⁰С необходимо 0,05 ккал теплоты, никеля – 0,11 ккал, бетона – 0,21 ккал. Каковы удельные теплоемкости этих веществ?

3.Медная кастрюля, имеющая массу 500 г, содержит 1 кг воды при температуре 20⁰С. Сколько воды при 100⁰С нужно долить в кастрюлю, чтобы температура смеси получилась 50⁰С?

4.Стальная деталь массой 20 кг при обработке на токарном станке нагревается на 50⁰С. Какая механическая работа совершается двигателем станка по нагреванию детали?

5.Почему иногда крышка чайника, в котором кипит вода, подпрыгивает, а иногда – нет?

———————————————————————————————————————————

Вариант №16

1.Что обладает лучшей теплопроводностью – жидкая ртуть или её пары? Свой ответ обоснуйте.

2.Зачем в железнодорожных вагонах-ледниках, служащих для перевозки фруктов, мяса, рыбы и других скоропортящихся продуктов, промежутки между двойными стенками заполняют войлоком или несколькими слоями каких-либо пористых веществ, а снаружи вагоны окрашивают в белый или светло-желтый цвет?

3.В фарфоровую чашку массой 100 г при температуре 20⁰С влили 200 см³ кипятка. Окончательная температура оказалась равной 93⁰С. Определите удельную теплоемкость фарфора.

4.На сколько джоулей увеличится внутренняя энергия камня, если он упадет на землю? (Изменением при внутренней энергии земли и воздуха пренебречь. )

5.На сколько градусов Цельсия нагреются 3 кг воды, если вся теплота, выделившаяся при полном сгорании 10 г спирта, пошла на ее нагревание?

———————————————————————————————————————————

Вариант №17

1.Какое количество теплоты потребуется, чтобы в алюминиевом котелке массой 200 г нагреть 1,5 л воды от 20⁰С до кипения?

2.В каком случае грелка будет лучше отвечать своему назначению: если ее наполнить водой или песком, нагретым до такой же, как и вода, температуры?

3.Определите К.П.Д. самовара, если для нагревания в нем 6 л воды от 12^оС до кипения требуется 0,15 кг древесного угля?

4.Почему холодильники красят в белый цвет?

5.Почему нагревается насос при накачивании шины?

——————————————————————————————————————————

Вариант №18

1. Вспомните, как подпрыгивает брошенный на землю резиновый мяч. Расскажите о тех превращениях энергии, которые сопутствуют движению мяча.

2.Какой кирпич – обыкновенный или пористый – обеспечит лучшую теплоизоляцию здания? Почему?

3.Массы алюминиевой кастрюли и налитой в нее воды равны. На нагревание кастрюли или воды будет расходоваться меньше количество воды? Во сколько примерно раз.

4.В печи сгорели сухие сосновые дрова объемом 0,01 м³ и торф массой 5 кг. Сколько теплоты выделилось в печи?

5.Какое количество теплоты придет на нагревание от 20⁰С до 100⁰С бруска, размеры которого 10х5х2 см?

———————————————————————————————————————————-

Вариант №19

1.Кусок сахара раздроблен на мелкие кусочки, а потом растерт в порошок. В каком случае внутренняя энергия сахара больше?

2.Установлено, что теплопроводность жидкостей (за исключением расплавленных металлов) хуже, чем твердых тел, а газов хуже, чем жидкостей. Объясните этот факт на основе молекулярно-кинетической теории.

3.Сколько воды можно нагреть на 10⁰С, сообщив ей 84 кДж теплоты?

4.На сколько градусов нагреются 50 л воды энергией, полученной от сгорания 2 кг сухих дров?

5.На сколько градусов Цельсия нагреется кусок меди массой 1 кг, если он упадет с высоты 500 м? Считать, что вся механическая энергия куска меди полностью превращается во внутреннюю.

———————————————————————————————————————————-

Вариант №20

1.Расскажите, основываясь на своих жизненных наблюдениях, что служит защитой от зимних морозов различным животным и птицам. Какую роль при этом играет теплопроводность меха, перьевого покрова, подкожного жира и т.п.?

2.Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый?

3.На сколько градусов повысится температура 4 л воды, если она получит количество теплоты, равное 168 кДж?

4. Сколько воды можно нагреть на 100 ⁰С энергией выделившейся при сгорании 200 г керосина, если не учитывать потерь энергии?

5.В воду бросили одинаковой массы и нагретые до одинаковой температуры железную и медную заклепки. Которая из заклепок быстрее охладится?

———————————————————————————————————————————-

Вариант №21

1.Какие превращения энергии происходят при катании ребят с гор на санках?

2.Заготовку из латуни массой 5 кг нагрели от 15 до 215⁰С. Какое для этого потребовалось количество теплоты?

3.На каком из участков поля – покрытом снегом или льдом – лучше сохраняются озимые посевы?

4.Металлический предмет массой 200 г, нагретый предварительно в кипящей воде до температуры 100 ⁰С, опущен в воду, масса которой 400 г и температура 22⁰С. Спустя некоторое время температура воды и предмета стала равной 25⁰С. Какова удельная теплоемкость металла?

5.В каком платье летом менее жарко: в белом или темном? Объясните почему.

———————————————————————————————————————————-

Вариант №22

1.В одном сосуде – разреженный газ. В другом, таком же сосуде – сжатый газ. Какой из газов будет иметь больший запас потенциальной энергии молекул? Почему?

2.Внесите в комнату кусок кирпича и гранита. Проверьте на ощупь, какой кусок будет казаться теплее. Какой из этих строительных материалов обладает лучшей теплопроводностью?

3.Что будет показывать термометр, установленный на искусственном спутнике Земли на теневой его стороне?

4.Какое количество теплоты пошло на нагревание от 20 до 1220⁰С стальной заготовки коленчатого вала компрессора массой 35 кг?

5.Сколько надо сжечь спирта, чтобы нагреть 2 кг воды от 14 до 50 ⁰С, считая, что вся теплота пойдет на нагревание воды?

———————————————————————————————————————————

Вариант №23

1. Какое количество теплоты отдает за сутки вода, поступающая в радиаторы водяного отопления при 80⁰С и выходящая из них при 65⁰С, если за 1ч через радиаторы протекает 120 л воды?

2.Для восстановления гладкости льда на катках применяют поливку его горячей водой. Почему холодная вода для этого менее пригодна?

3.Сколько энергии необходимо для плавления железного металлолома массой 4 т, если начальная температура железа равна 39⁰С?

4.Можно ли получить золотой пар?

5.Сколько теплоты выделится при полном сгорании сухих березовых дров объемом 5 м³?.

———————————————————————————————————————————-

Вариант №24

1.Докажите рассуждением, что тепло Солнца передается на Землю только путем излучения.

2.С какого из стержней гвоздики, приклеенные парафином, отпадут быстрее? Почему?

3.Известно, что теплота сгорания сухих дров 1∙10⁷ Дж/кг, керосина 4,6∙10⁷ Дж/кг. Объясните, как вы это понимаете.

4.Ведро воды вместимостью 10 л подняли из колодца, где температура 15 ⁰С, и поставили на солнце. Вода в ведре нагрелась на 50 ⁰С. На сколько изменилась при этом ее внутренняя энергия?

5.На плиту, температура которой 200 ⁰С, поставили чугунный утюг массой 2 кг и медный котелок массой 0,5 кг. Какое из этих тел нагреется быстрее? Почему? Какому из них потребуется для этого меньшее количество теплоты? Во сколько раз? Начальная температура предметов 20 ⁰С.

———————————————————————————————————————————-

Вариант №25

1.Всегда ли газ при охлаждении отдает такое же количество теплоты, какое было затрачено на его нагревание, если изменение температуры одинаково в обоих случаях?

2.Имеются спиртовка и пробирка с водой, на дне которой находится кусочек льда (чтобы лед не всплывал, в него вморожены свинцовые дробинки). Как надо поступить, чтобы вода в пробирке закипела, а лёд на дне не растаял?

3.Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 300 кг древесного угля?

4.В какой обуви больше мерзнут ноги зимой: в просторной или тесной?

5.Алюминиевая, стальная и свинцовая плитки массой по 1 кг остывают на 1⁰С. Какое количество теплоты выделится при остывании каждой плитки? Как изменится при этом ее внутренняя энергия?

———————————————————————————————————————————-

Вариант №26

1.В одном сосуде находится вода, в другом – лед. Массы воды и льда одинаковы. Вода или лед имеет больший запас внутренней энергии? Почему?

2.Летом лед сохраняют под слоем опилок и земли. Почему?

3.Почему виноград лучше всего растет и вызревает в средних широтах около стен зданий или каменных заборах, обращенных на юг?

4.Определите удельную теплоемкость металла, если для изменения температуры от 20 до 24 ⁰С у бруска массой 100 г, сделанного из этого металла, внутренняя энергия увеличилась на 152 Дж.

5.Смешали бензин объемом массой 2 кг и керосин массой 3 кг. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании этого топлива?

———————————————————————————————————————————

Вариант №27

1.Два алюминиевых бруска имеют одинаковую температуру, но различную массу. Какой из двух данных брусков обладает большей внутренней энергией? Почему?

2.Имеются две кружки одинаковой вместимости. Одна кружка изготовлена из алюминия, другая – из фарфора. Какая из кружек быстрее примет температуру налитой в нее жидкости?

3.Почему в холодном помещении, прежде всего, мерзнут ноги?

4.Каким количеством теплоты можно нагреть 0,3 кг воды от 12 до 20⁰С?

5.На нагревание кирпича массой 4 кг на 63 ⁰С затрачено такое же количество теплоты, как и на нагревание воды той же массы на 13,2 ⁰С. Определите удельную теплоемкость кирпича.

——————————————————————————————————————————-

Вариант №28

1. Почему весной снег тает быстрее в городе, чем в поле?

2.Половина ледяной поверхности пруда была покрыта с начала зимы толстым слоем снега, а другая половина расчищена для катания на коньках. На какой половине толщина льда больше?

3.Трубка наполнена дымом. Покажите стрелками движения воздуха в трубке.

4.Внутренняя энергия 1 кг меди увеличилась на 760 Дж. На сколько градусов нагрели кусок меди?

5.Какое количество теплоты требуется для нагревания куска стали массой 0,5 кг от 20 до 30⁰С?

———————————————————————————————————————————

Вариант №29

1.После обработки на точильном круге зубило становится горячим. Зубило, вынутое из горна, тоже горячее. Одинакова ли причина повышения температуры зубил?

2.В каком чайнике вода скорее нагреется: в новом или старом, на стенках которого имеется накипь? (Чайники одинаковые).

3.Вычислите, на сколько градусов нужно повысить температуру куска свинца массой 100 г, чтобы внутренняя энергия его увеличилась на 280 Дж.

4.Сколько нужно сжечь каменного угля, чтобы выделилось 1,5∙10⁸ Дж энергии; 1,8∙10⁵ кДж энергии?

5.В каком чайнике – белом или темном – горячая вода дольше сохраняется горячей? В каком чайнике она быстрее закипает?

———————————————————————————————————————————-

Вариант №30

1.Два медных бруска имеют одинаковую температуру, но различную массу. Какой из двух данных брусков обладает меньшей внутренней энергией? Почему?

2.У первого сосуда стенки сплошные, а второй сосуд имеет двойные стенки, между которыми находится воздух. В каком из сосудов вода остынет быстрее? Почему?

3.Какие почвы при одинаковых условиях сильнее прогреваются на солнце – подзолистые или черноземные? Почему?

4.На рисунке стрелками покажите направление потоков воздуха около пламени спиртовки.

5.Сравните количества теплоты, которые потребуются для нагревания на 20 ⁰С железного и алюминиевого бруска, если: а) массы брусков 20 кг; б) объемы брусков 20 дм³.

Изменение температуры и теплоемкость

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Наблюдать теплопередачу и изменение температуры и массы.
• Рассчитать конечную температуру после теплопередачи между двумя объектами.

Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: нагревание повышает температуру, а охлаждение снижает ее. Мы предполагаем, что фазового перехода нет и что над системой или системой не совершается никакой работы. Опыты показывают, что передаваемое тепло зависит от трех факторов — изменения температуры, массы системы, вещества и фазы вещества.

Рис. 1. Теплота Q , переданная для изменения температуры, зависит от величины изменения температуры, массы системы, а также вовлеченного вещества и фазы. а) Количество переданного тепла прямо пропорционально изменению температуры. Чтобы удвоить изменение температуры массы m, нужно добавить удвоенное количество теплоты. б) Количество переданного тепла также прямо пропорционально массе. Чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в удвоенной массе, нужно добавить в два раза больше тепла. в) Количество переданного тепла зависит от вещества и его фазы. Если требуется сумма Q тепла, чтобы вызвать изменение температуры Δ T в данной массе меди, потребуется в 10,8 раз больше тепла, чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в той же массе воды, при условии отсутствия фазового перехода ни в одном из веществ.

Зависимость от изменения температуры и массы легко понять. Благодаря тому, что (средняя) кинетическая энергия атома или молекулы пропорциональна абсолютной температуре, внутренняя энергия системы пропорциональна абсолютной температуре и числу атомов или молекул. Благодаря тому, что переданное тепло равно изменению внутренней энергии, теплота пропорциональна массе вещества и изменению температуры. Переносимое тепло также зависит от вещества, так что, например, теплота, необходимая для повышения температуры, для спирта меньше, чем для воды. Для одного и того же вещества передаваемая теплота также зависит от фазы (газовая, жидкая или твердая).

Теплопередача и изменение температуры

Количественная зависимость между теплопередачей и изменением температуры содержит все три фактора: Q = mc Δ T , где Q — символ теплопередачи, м — масса вещества, а Δ T — изменение температуры. Символ c означает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы. Удельная теплоемкость – это количество теплоты, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00°С. Удельная теплоемкость c — свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг ⋅ K) или Дж / (кг ⋅ ºC). Напомним, что изменение температуры (Δ T ) одинаково в единицах кельвина и градусах Цельсия. Если теплопередача измеряется в килокалориях, то единицей удельной теплоемкости является ккал/(кг ⋅ ºC).

Значения удельной теплоемкости обычно нужно искать в таблицах, потому что нет простого способа их расчета. В общем случае удельная теплоемкость также зависит от температуры. В таблице 1 перечислены репрезентативные значения удельной теплоемкости для различных веществ. За исключением газов, зависимость теплоемкости большинства веществ от температуры и объема слабая. Из этой таблицы мы видим, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, и в десять раз больше, чем у железа, а это значит, что требуется в пять раз больше теплоты, чтобы поднять температуру воды на ту же величину, что и для стекла, и в десять раз больше, чем для стекла. много тепла, чтобы поднять температуру воды, как для железа. На самом деле вода имеет одну из самых больших удельных теплоемкостей среди всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

Пример 1. Расчет необходимого количества тепла: нагрев воды в алюминиевой кастрюле

Алюминиевая кастрюля весом 0,500 кг на плите используется для нагрева 0,250 л воды с 20,0°C до 80,0°C. а) Какое количество тепла потребуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (b) кастрюли и (c) воды?

Стратегия

Посуда и вода всегда имеют одинаковую температуру. Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и сковороды увеличивается на одинаковую величину. Воспользуемся уравнением теплообмена при заданном изменении температуры и массы воды и алюминия. Удельные теплоемкости воды и алюминия приведены в табл. 1.

Решение

Поскольку вода находится в тепловом контакте с алюминием, кастрюля и вода имеют одинаковую температуру.

Рассчитайте разницу температур:

Δ T = T _f − T _i = 60,0ºC.

Рассчитайте массу воды. Поскольку плотность воды 1000 кг/м ³ , один литр воды имеет массу 1 кг, а масса 0,250 л воды равна м _w  = 0,250 кг.

Рассчитайте теплоту, переданную воде. Используйте удельное тепло воды в Таблице 1:

Q _W = M _W C _W Δ T = (0,250 кг) (4186 J/KGºC) (60,0,016C) (60,0,016C) (60,016C) (60,0,016C) (60,016C) (60,016C) (60,016C) (60,016C) (60,016 ° С) = 62,8 кДж.

Рассчитайте тепло, переданное алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия из таблицы 1:

Q _Al  =  m _Al c _Al Δ T = (0,500 кг)(900 Дж/кгºC)(60,0ºC) = 27,0 × 10 ⁴ Дж = 27,0 кДж. вода. Сначала найдем общее переданное тепло:

Q _Всего = Q _w + Q _Al = 62,8 кДж + 27,8 кДж + 27,8 кДж + 27,8 кДж + 27,8 кДж

Таким образом, количество тепла, идущее на нагрев сковороды, равно

[латекс]\frac{27.0\text{ кДж}}{89.8\text{ кДж}}\times100\%=30,1\%\\[/латекс]

и количество, идущее на нагрев воды, равно

[латекс]\фрак{62,8\текст{ кДж}}{89,8 \text{ кДж}}\times100\%=69,9\%\\[/latex].

Обсуждение

В этом примере тепло, переданное контейнеру, составляет значительную долю от общего количества переданного тепла. Хотя масса кастрюли в два раза больше массы воды, удельная теплоемкость воды более чем в четыре раза больше, чем у алюминия. Следовательно, для достижения заданного изменения температуры воды требуется чуть более чем в два раза больше тепла по сравнению с алюминиевой кастрюлей.

Пример 2. Расчет увеличения температуры по работе, совершаемой над веществом: перегрев тормозов грузовика при движении под уклон

Рис. 2. Дымящиеся тормоза на этом грузовике являются видимым свидетельством механического эквивалента тепла.

Тормоза грузовиков, используемые для контроля скорости на спуске, работают, преобразовывая потенциальную энергию гравитации в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала. Это преобразование предотвращает преобразование потенциальной энергии гравитации в кинетическую энергию грузовика. Проблема заключается в том, что масса грузовика велика по сравнению с массой тормозного материала, поглощающего энергию, и повышение температуры может произойти слишком быстро, чтобы достаточное количество тепла передавалось от тормозов в окружающую среду.

Рассчитайте повышение температуры 100 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью 800 Дж/кг ⋅ ºC, если материал сохраняет 10 % энергии от 10 000-килограммового грузовика, спускающегося с высоты 75,0 м (при вертикальном перемещении) при постоянном скорость.

Стратегия

Если тормоза не задействованы, гравитационная потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию. При торможении потенциальная энергия гравитации преобразуется во внутреннюю энергию тормозного материала. Сначала вычислим гравитационную потенциальную энергию ( Mgh ), что весь грузовик теряет при спуске, а затем найти повышение температуры только в тормозном материале.

Решение

1. Рассчитайте изменение потенциальной энергии гравитации при движении грузовика под гору
2. Рассчитайте температуру по переданному теплу, используя Q =  Mgh  и [латекс]\Delta{T}=\frac{Q}{mc}\\[/latex], где 9{\ circ} C \\ [/латекс].

Обсуждение

Эта температура близка к температуре кипения воды. Если бы грузовик какое-то время ехал, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше температуры окружающей среды. Повышение температуры при спуске, вероятно, повысит температуру тормозного материала выше точки кипения воды, поэтому этот метод нецелесообразен. Однако та же идея лежит в основе недавней гибридной технологии автомобилей, где механическая энергия (потенциальная энергия гравитации) преобразуется тормозами в электрическую энергию (аккумулятор).

Таблица 1. Удельная теплоемкость [1]  различных веществ
Вещества	Удельная теплоемкость ( c )
Твердые вещества	Дж/кг ⋅ ºC	ккал/кг ⋅ ºC [2]
Алюминий	900	0,215
Асбест	800	0,19
Бетон, гранит (средний)	840	0,20
Медь	387	0,0924
Стекло	840	0,20
Золото	129	0,0308
Тело человека (в среднем при 37 °C)	3500	0,83
Лед (средний, от −50°C до 0°C)	2090	0,50
Железо, сталь	452	0,108
Свинец	128	0,0305
Серебро	235	0,0562
Дерево	1700	0,4
Жидкости
Бензол	1740	0,415
Этанол	2450	0,586
Глицерин	2410	0,576
Меркурий	139	0,0333
Вода (15,0 °С)	4186	1. 000
Газы [3]
Воздух (сухой)	721 (1015)	0,172 (0,242)
Аммиак	1670 (2190)	0,399 (0,523)
Углекислый газ	638 (833)	0,152 (0,199)
Азот	739 (1040)	0,177 (0,248)
Кислород	651 (913)	0,156 (0,218)
Пар (100°C)	1520 (2020)	0,363 (0,482)

Обратите внимание, что пример 2 является иллюстрацией механического эквивалента тепла. В качестве альтернативы, повышение температуры может быть произведено с помощью паяльной лампы вместо механического.

Пример 3. Расчет конечной температуры при передаче тепла между двумя телами: наливание холодной воды на горячую сковороду

Предположим, вы наливаете 0,250 кг воды температурой 20,0ºC (около чашки) в 0,500-килограммовую алюминиевую кастрюлю с температурой 150ºC, снятую с плиты. Предположим, что кастрюля находится на изолированной подушке и что незначительное количество воды выкипает. При какой температуре вода и кастрюля через короткое время достигают теплового равновесия?

Стратегия

Кастрюля размещена на изолирующей прокладке, чтобы обеспечить небольшой теплообмен с окружающей средой. Первоначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода. Затем теплопередача восстанавливает тепловое равновесие, когда вода и кастрюля соприкасаются. Поскольку теплопередача между кастрюлей и водой происходит быстро, масса испаряемой воды пренебрежимо мала, а величина тепла, теряемого кастрюлей, равна теплу, приобретаемому водой. Обмен теплом прекращается, как только достигается тепловое равновесие между чашей и водой. Теплообмен можно записать как | Q _{горячий} |= Q _{холодный} .

Решение

Используйте уравнение теплопередачи Q =  mc Δ T  , чтобы выразить потери тепла алюминиевой кастрюлей через массу кастрюли, удельную теплоемкость алюминия, начальную температуру сковороде и конечная температура: Q _{горячий} = m _Al c _Al ( T _f − 150ºC).

Выразите тепло, полученное водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру: Q _холод = m _W c _W ( T _f  — 20,0ºC).

Обратите внимание, что Q _{горячая} <0 и Q _{холодная} >0, и что их сумма должна равняться нулю, поскольку тепло, отдаваемое горячей кастрюлей, должно быть таким же, как тепло, получаемое холодной водой: 9{\circ}\text{C}\end{array}\\[/latex]

Обсуждение

Это типичная задача калориметрии : два тела при разных температурах соприкасаются друг с другом и обмениваются нагревать до достижения общей температуры. Почему конечная температура гораздо ближе к 20,0ºC, чем к 150ºC? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и, таким образом, претерпевает небольшое изменение температуры при данной теплопередаче. Большому водоему, такому как озеро, требуется большое количество тепла, чтобы заметно повысить его температуру. Это объясняет, почему температура озера остается относительно постоянной в течение дня даже при больших изменениях температуры воздуха. Однако температура воды меняется в течение более длительного времени (например, с лета на зиму).

Самостоятельный эксперимент: изменение температуры земли и воды

Что нагревается быстрее, земля или вода?

Для изучения различий в теплоемкости:

• Поместите равные массы сухого песка (или почвы) и воды одинаковой температуры в два небольших сосуда. (Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза выше плотности воды, поэтому вы можете получить примерно равные массы, используя на 50% больше воды по объему.)
• Нагревайте оба (используя духовку или нагревательную лампу) в течение одинакового времени.
• Запишите конечную температуру двух масс.
• Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая их в течение более длительного периода времени.
• Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые 5 минут в течение примерно 30 минут.

Какой образец остывает быстрее? Эта деятельность воспроизводит явления, ответственные за наземные и морские бризы.

Проверьте свое понимание

Если для повышения температуры блока с 25°C до 30°C необходимо 25 кДж, то какое количество теплоты необходимо для нагрева блока с 45°C до 50°C?

Решение

Теплопередача зависит только от разницы температур. Так как разность температур одинакова в обоих случаях, то и во втором случае необходимы одни и те же 25 кДж.

Section Summary

• The transfer of heat Q  that leads to a change Δ T  in the temperature of a body with mass m  is Q =  mc Δ T , where c  – удельная теплоемкость материала. Это соотношение также можно рассматривать как определение удельной теплоемкости.

Концептуальные вопросы

1. Какие три фактора влияют на теплопередачу, необходимую для изменения температуры объекта?
2. Температура тормозов автомобиля повышается на Δ T  при остановке автомобиля со скорости v . Насколько больше было бы Δ T , если бы скорость автомобиля изначально была вдвое больше? Вы можете предположить, что автомобиль останавливается достаточно быстро, чтобы тепло от тормозов не отводилось.

Задачи и упражнения

1. В жаркий день температура в бассейне объемом 80 000 литров повышается на 1,50ºC. Какова чистая теплопередача при этом нагреве? Игнорируйте любые осложнения, такие как потеря воды в результате испарения.
2. Показать, что 1 кал/г · ºC = 1 ккал/кг · ºC.
3. Чтобы стерилизовать стеклянную детскую бутылочку весом 50,0 г, мы должны поднять ее температуру с 22,0ºC до 95,0ºC. Какая теплопередача требуется?
4. Одинаковая передача тепла одинаковым массам различных веществ вызывает различные изменения температуры. Рассчитайте конечную температуру, когда 1,00 ккал теплоты переходит в 1,00 кг следующих веществ при исходной температуре 20,0ºC: (a) вода; (б) бетон; (в) сталь; и d) ртуть.
5. Потирание рук согревает их, превращая работу в тепловую энергию. Если женщина потирает руки взад-вперед, совершая в общей сложности 20 движений, на расстоянии 7,50 см за одно движение и со средней силой трения 40,0 Н, на сколько повысится температура? Масса согреваемых тканей составляет всего 0,100 кг, преимущественно в ладонях и пальцах.
6. Блок чистого материала массой 0,250 кг нагревается с 20,0ºC до 65,0ºC за счет добавления 4,35 кДж энергии. Рассчитайте его удельную теплоемкость и определите вещество, из которого он, скорее всего, состоит.
7. Предположим, что одинаковые количества тепла передаются разным массам меди и воды, вызывая одинаковые изменения температуры. Каково отношение массы меди к воде?
8. (a) Количество килокалорий в пище определяется методами калориметрии, при которых пища сжигается и измеряется количество теплопередачи. Сколько килокалорий на грамм содержится в 5,00 г арахиса, если энергия его сжигания передается 0,500 кг воды, находящейся в алюминиевом стакане весом 0,100 кг, вызывая 54,9ºC повышение температуры? (б) Сравните свой ответ с информацией на этикетке на упаковке арахиса и прокомментируйте, совпадают ли значения.
9. После интенсивной физической нагрузки температура тела человека массой 80,0 кг составляет 40,0ºC. С какой скоростью в ваттах человек должен передать тепловую энергию, чтобы снизить температуру тела до 37,0ºC за 30,0 мин, если предположить, что тело продолжает производить энергию мощностью 150 Вт? 1 Вт = 1 Дж/сек или 1 Вт = 1 Дж/сек.
10. Даже при остановке после периода нормальной эксплуатации большой коммерческий ядерный реактор передает тепловую энергию со скоростью 150 МВт за счет радиоактивного распада продуктов деления. Этот теплообмен вызывает быстрое повышение температуры в случае отказа системы охлаждения (1 Вт = 1 Дж/сек или 1 Вт = 1 Дж/сек и 1 МВт = 1 мегаватт). (a) Рассчитайте скорость повышения температуры в градусах Цельсия в секунду (ºC/с), если масса активной зоны реактора составляет 1,60 × 10 ⁵ кг и имеет среднюю удельную теплоемкость 0,3349 кДж/кг ⋅ ºC. (б) Сколько времени потребуется, чтобы получить повышение температуры на 2000ºC, что может привести к плавлению некоторых металлов, содержащих радиоактивные материалы? (Первоначальная скорость повышения температуры будет больше рассчитанной здесь, потому что теплопередача сосредоточена в меньшей массе. Однако позже рост температуры замедлится, поскольку стальная защитная оболочка вместимостью 5 × 10 ⁵ кг также начинают нагреваться.)

Рис. 3. Бассейн с радиоактивным отработавшим топливом на атомной электростанции. Отработанное топливо долго остается горячим. (кредит: Министерство энергетики США)

Глоссарий

удельная теплоемкость: количество теплоты, необходимое для изменения температуры 1,00 кг вещества на 1,00 ºC

Избранные решения задач и упражнений

2. 10 ⁸  J

3. 3,07 × 10 ³ J

5. 0,171ºC

7. 10,8

9. 617 Вт

1. Значения для твердых и жидких веществ даны при постоянном объеме и температуре 25ºC, если не указано иное. ↵
2. Эти значения идентичны в единицах кал/г ⋅ ºC. ↵
3. c _v при постоянном объеме и температуре 20,0ºC, если не указано иное, и среднем давлении 1,00 атм. В скобках указаны значения c _p при постоянном давлении 1,00 атм. ↵

Окончательная температура после смешивания двух количеств воды: задачи 1

Когда смешиваются две пробы воды, каковы конечные результаты температуры?

Перейти к смешиванию двух количеств воды

Рабочий лист №2

Назад в меню термохимии

Задача №1: Определите конечную температуру, когда 10,0 г пара при 100,0 °C смешиваются с 500,0 г воды при 25,0 °C.

Решение:

Эта проблема похожа на 9и 10 в рабочем листе № 2 с одним отличием. В примере задачи есть пар, а в задаче на листе есть лед. ЕДИНСТВЕННЫЕ различия — это используемые числа и тот факт, что лед связан с «холодной водой» в уравнении. Техники те же.

«Теплая вода» в этом случае будет выполнять две функции:

а) в виде газа конденсируется при 100,0 °C в жидкую воду
б) в виде жидкости температура понижается на неизвестную величину

Более холодная вода получит всю энергию для этого. Имея в виду, что тепло, отдаваемое более теплым, должно быть равно теплу, полученному более холодным, мы имеем это:

тепло, отдаваемое более холодной воде при конденсации пара + теплота, используемая для нагрева более холодной воды = теплота, получаемая более холодной водой

Еще раз обратите внимание, что есть ДВА источника тепловой энергии (конденсация пара, затем охлаждение теплой воды). Общая энергия, потерянная обоими, будет равна тепловой энергии, полученной более холодной водой.

Вот номера:

[(40700)(10,0/18,0)] + [(10)(100 − x)(4,18)] = (500,0)(x − 25)(4,18)

Примечание. Я использовал 40700 Дж, а не 40,7 кДж для молярной теплоты парообразования.

Продолжая решение, я получаю:

2131,8x = 79041,11

и так, х = 37,1 °С.

Имейте в виду, что «x» обозначает конечную температуру, а НЕ Δt.

Также я решил эту проблему с 4.18. Выполнение этого с 4. 184 дает немного другие цифры. Убедитесь, что вы согласовали со своим учителем значения различных констант, которые он/она хочет, чтобы вы использовали.

Задача № 2: Определите конечную температуру, когда 18,0 г льда при -10,0 °C смешиваются с 275,0 г воды при 60,0 °C.

Решение:

Это похоже на задачу 8e и несколько последующих в Рабочем листе №2.

«Холодная вода» в этом случае будет выполнять три функции:

а) в твердом состоянии нагреть от -10 до нуля
б) все 18 г расплавятся
в) в жидком состоянии температура повысится на неизвестную величину

Более теплая вода должна обеспечить всю энергию для этого. Имея в виду, что тепло, потерянное более теплым, должно быть равно теплу, полученному более холодным (q _{потерял} = q _{прирост} ), мы имеем это:

теплота для нагревания льда на 10 градусов + теплота для таяния льда + теплота для нагревания холодной воды на неизвестную величину = потери тепла теплой водой

Вот цифры:

[(18) (10) (2,06)] + [(6020) (18,0/18,0)] + [(18) (x − 0) (4,184)] = (275,0) (60,0 − x) (4,184)

Примечание. Я использовал 6020 Дж, а не 6,02 кДж для молярной теплоты плавления. Это потому, что две другие части левой части уравнения дадут ответ в джоулях. Я использовал 6020, чтобы все три части были в джоулях. Если бы я использовал 6,02, то эта средняя часть была бы в единицах кДж.

Обратите внимание на использование x − 0 и 60.0 − x. На этот раз визуализируйте (или запишите) числовую прямую, использованную выше. Ноль находится слева, 60,0 справа, а x находится между 0 и 60,0.

Продолжая решение, я получаю:

1225,912x = 62945,2

и так, х = 51,3 °С.

Имейте в виду, что «x» обозначает конечную температуру, а НЕ Δt.

Задача №3: ​​ 55,0 мл этанола (d = 0,789 г/мл) при 8,0 °C смешивают с 55,0 мл воды при 28,2 °C. Какова конечная температура смеси, если тепло не теряется?

Решение:

Сначала необходимо сделать две вещи: (1) определить, сколько граммов этанола присутствует, и (2) определить удельную теплоемкость этанола.

55,0 мл, умноженное на плотность (0,789 г/мл), дает массу присутствующего этанола. Это значение составляет 43,395 г. Я буду использовать это значение и округлю его в конце расчета.

Удельную теплотворную способность необходимо посмотреть в Интернете. Чаще всего в поиске встречается значение 2,44 Дж г¯ ¹ °C¯ ¹ , так что мы будем использовать его.

Приравняв ‘x’ к конечной температуре, мы получим следующее:

(43,395) (х — 8,0) (2,44) = (55,0) (28,2 — х) (4,184)

Вы можете закончить эту задачу.

Задача №4: 900,0 л пальмового масла при 47,0 °C смешивают с 200,0 л пальмового масла при 76,0 °C. Какая конечная температура? Предположим, что потери тепла в окружающую среду отсутствуют.

Решение:

Обратите внимание, что для пальмового масла не указана удельная теплоемкость. Именно потому, что никто не нужен. Кроме того, небольшое расследование в Интернете показывает, что плотность пальмового масла составляет около 0,9. г/см ³ .

1) Переведем 900,0 л и 200,0 л в граммы, используя плотность:

(900 000 мл) (0,9 г/см ³ ) = 8,10 x 10 ⁵ г

(200 000 мл) (0,9 г/см ³ ) = 1,80 x 10 ⁵ г

Помните, что 1 мл равен 1 см ³ .

2) Пусть ‘x’ равняется конечной температуре, поэтому два изменения температуры:

900 литров нагреваются, поэтому используйте ‘x − 47,0’

температура 200 литров падает, поэтому используйте ‘76.0 − x’

3) Имея в виду, что тепло, отдаваемое 200 л, равно теплу, получаемому 900 л, запишем:

(1,80 х 10 ⁵ ) (76,0 — х) = (8,10 х 10 ⁵ ) (х — 47,0)

х = 52,3 °С

Я не записал значения удельной теплоемкости, потому что они просто компенсируются. Это потому, что у нас есть пальмовое масло с обеих сторон уравнения. Если бы вещества были разными (см. примеры выше), необходимо было бы включить две удельные теплоемкости.

Также, когда я решал эту задачу на калькуляторе, я отбрасывал часть массы 10 ⁵ . Кроме того, если вы проигнорируете использование плотности и используете, скажем, 200 и 900, вы получите ответ 51,0 ° C.

Задача №5: 364 г воды при 34,0 °C добавляют к льду при 0,0 °C. Если конечная температура системы (которую вы можете считать изолированной) равна 0,0 °C, определите, сколько льда растаяло. Удельная теплоемкость воды 4186 Дж/кг ⋅ °С. Скрытая теплота плавления воды составляет 335 000 Дж/кг.

Решение:

1) Определить потери энергии с теплой водой:

q = (масса) (Δt) (C _p )

q = (0,364 кг) (34,0 °C) (4186 Дж/кг ⋅ °C)

q = 51805,936 Дж

2) Определить, сколько льда растает на 51805,936 Дж:

51805,936 Дж / 335 000 Дж/кг = 0,155 кг = 155 г (до трех сиг инжира)

Задача № 6: Сколько льда (в граммах) нужно растопить, чтобы понизить температуру 353,0 мл воды с 26,0 °C до 6,0 °C?

Решение:

1) Определить потери тепла охлаждающей водой от 26,0 до 6,0:

q = (353,0 г) (20,0 °С) (4,184 Дж г¯ ¹ °С¯ ¹ )

q = 29539,04 Дж

Обратите внимание на плавное преобразование объема воды в массу воды с использованием плотности 1,00 г/мл.

2) Тепло, потерянное теплой водой, делает две вещи:

а) растопить неизвестную массу льда
б) взять такую ​​же массу растаявшего льда от нуля градусов Цельсия до 6 °С

3) Мы можем выразить это так:

29539,04 Дж = (6020 Дж/моль) (x / 18,015 г/моль) + (x) (6,0 °C) (4,184 Дж·г¯ ¹ °C¯ ¹ )

29539,04 Дж = 334,166х + 25,104х

х = 82,2 г

Задача №7: Неизвестный объем воды при 18,2 °C добавляют к 27,8 мл воды при 33,6 °C. Если конечная температура равна 23,5°С, то каков был неизвестный объем? (Предположим, что тепло не передается в окружающую среду; плотность воды равна 1,00 г/мл.)

Решение:

Обратите внимание, что в этой задаче ‘x’ будет неизвестной массой воды. Поскольку мы знаем начальную температуру и конечную температуру, мы можем рассчитать значения Δt.

1) Рассчитайте два значения Δt:

холодная вода ⇒ 23,5 − 18,2 = 5,2.
теплее воды ⇒ 33,6 − 23,5 = 10,1

2) q _потеря = q _{выигрыш} :

(х) (5,3) (4,184) = (27,8) (10,1) (4,184)

5,3х = 280,78

х = 53,0 г

Это 53,0 мл воды.

Задача №8: Студент смешал 6,00 г льда при температуре -3,4 °C с 1,00 г пара при температуре 103,0 °C. Какова конечная температура этой смеси?

Решение:

тепло, полученное при нагревании = тепло, потерянное при охлаждении

теплота, получаемая льдом + теплота для таяния льда + теплота для повышения температуры воды = теплота, отдаваемая паром + теплота, теряемая при конденсации пара + теплота, теряемая при охлаждении воды

(6,00 г) (3,4 °C) (2,06 Дж/г °C) + (6,00 г / 18,0 г/моль) (6020 Дж/моль) + (6,00 г) (x − 0 °C) (4,184 Дж /г °С) = (1,00 г) (3,0 °С) (2,02 Дж/г °С) + (1,00 г / 18,0 г/моль) (40700 Дж/моль) + (1,00 г) (100 — х °С) ) (4,184 Дж/г °С)

42,024 + 2006,667 + 25,104х = 6,06 + 2261,11 + 418,4 — 4,184х

29,288х = 636,879

х = 21,7 °С

Задача № 9: Кубик льда достают из морозильной камеры при температуре -5,5 °C и помещают в 98,0-граммовый алюминиевый калориметр, наполненный 326,0 г воды при комнатной температуре 20,0 °C. Конечная ситуация наблюдается, когда вся вода имеет температуру 15,0 °C. Какова была масса кубика льда?

Решение:

1) Лед делает три вещи:

(а) нагрев от -5,5 до 0
(б) плавится при 0
(c) нагреть от 0 до 15

2) Три расчета:

q _a = (x) (5,5 °C) (2,02 Дж/г °C)
q _b = (x / 18,015 г/моль) (6,02 кДж/моль)
q _c = (x) (15,0 °C) (4,184 Дж/г °C)

3) Вода и калориметр делают следующее:

(d) вода —> охлаждение с 20 до 15
(e) калориметр —> охлаждение с 20 до 15

3) Два расчета:

q _d = (326,0 г) (5,0°C) (4,184 Дж/г°C)
q _e = (98,0 г) (5,0 °C) (0,900 Дж/г °C)

4) Количество тепла, поглощаемого льдом, равно количеству тепла, теряемому водой и алюминиевым калориметром:

q _a + q _b + q _c = q _d + q _e

Однако необходимо сделать нечто важное, и это связано с q _b .

(x) (5,5°C) (2,02 Дж/г°C) + (x/18,015 г/моль) (6020 Дж/моль) + (x) (15,0°C) (4,184 Дж/г°C) = (326,0 г) (5,0 °С) (4,184 Дж/г °С) + (98,0 г) (5,0 °С) (0,900 Дж/г °С)

Я изменил 6,02 кДж/моль на 6020 Дж/моль.

5) Отделка:

11,11х + 334,166х + 62,76х = 6819,92 + 441

408,036х = 7260,92

х = 17,8 г

Задача №10: 20,0 г пара при 100,0 °C барботируют в смесь 50,0 г воды и 200,0 г льда при температуре ровно 0 °C. Весь пар конденсируется в воду. Каков состав системы в итоге?

Скрытая теплота плавления льда = 334,16 Дж/г
Скрытая теплота парообразования воды = 2259,2 Дж/г

Решение:

1) Сконденсируем 20,0 г пара и охладим его до нуля:

(20,0 г) (2259,2 Дж/) = 45184 Дж
(20,0 г) (100 °C) (4,184 Дж/г °C) = 8368 Дж

45184 + 8368 = 53552 Дж

2) Теперь у нас есть система из 70,0 г воды при 0 °C и 200,0 г льда с 53552 Дж, «плавающими» вокруг. (70,0 получается из уже имеющихся 50,0 плюс 20,0 сконденсировавшегося пара.) Посмотрим, сколько льда растопит 53552 Дж:

53552 Дж / 334,16 Дж/г = 160,26 г

3) Сколько льда осталось?

200,0 г − 160,3 г = 39,7 г

4) Сколько жидкости присутствует?

70,0 г + 160,3 г = 230,3 г

---

Задача №11: Предположим, что 35,46 г льда при температуре -6,8 °C помещены в 69,12 г воды при температуре 91,0 °C в идеально изолированном сосуде. Рассчитайте конечную температуру. (Молярная теплоемкость льда 37,5 Дж К¯ ¹ моль¯ ¹ , жидкой воды 75,3 Дж К¯ ¹ моль¯ ¹ . Молярная энтальпия плавления льда равна 6,01 кДж/моль.)

Решение:

1) Лед будет поглощать энергию теплой воды. Полученная энергия заставляет лед делать три вещи:

1) нагрев от минус 6,8 °С до 0 °С
2) плавится при 0 °C 3) нагрев от 0°С до конечной температуры

2) Вот уравнения для трех характеристик поведения льда с набором энергии:

q ₁ = (35,46 г / 18,0 г/моль) (6,8 °C) (37,5 Дж К¯ ¹ моль¯ ¹ ) q ₂ = (35,46 г / 18,0 г/моль) (6010 Дж/моль) q ₃ = (35,46 г / 18,0 г/моль) (x − 0 °C) (75,3 Дж К¯ ¹ моль¯ ¹ )

3) Теплая вода остынет (теряет энергию). Вот уравнение охлаждения теплой воды:

q ₄ = (69,12 г / 18,0 г/моль) (91,0 °C − x) (75,3 Дж K¯ ¹ моль¯ ¹ )

4) Вы решаете это уравнение:

q ₁ + q ₂ + q ₃ = q ₄

Обратите внимание, что использовалась только одна переменная. «x» — конечная температура.

5) Подставьте в приведенное выше и сделайте немного алгебры.

[(35,46/18,0) (6,8) (37,5)] + [(35,46/18,0) (6010)] + [(35,46/18,0) (x) (75,3)] = (69,12/18,0) (91,0 °C − х) (75,3)

[(1,97) (6,8) (37,5)] + [(1,97) (6010)] + [(1,97) (х) (75,3)] = (3,84) (91,0 — х) (75,3)

502,35 + 11839,7 + 148,341х = 26312,832 — 289,152х

437,493х = 13970,782

х = 31,9 °С

6) Два комментария:

1) Я изменил 6,01 кДж/моль на 6010 Дж/моль, чтобы привести все единицы к джоулям.
2) Я проигнорировал проблемы с °C и K для температуры. Это потому, что все задействованные температуры являются изменениями температуры, а не одной фиксированной температурой. Поскольку 1 °C имеет тот же размер, что и 1 K, все аннулируется.

---

Задача №12: Кубик льда весом 40,0 г при температуре -19,0 ​​°C помещают в 275 г воды при температуре 25,0 °C. Предполагая, что энергия не передается в окружающую среду или из нее, рассчитайте конечную температуру воды после того, как весь лед растает.

Необходимая информация:

Теплоемкость H ₂ O(s) = 37,7 Дж/(моль K)
Теплоемкость H ₂ O(л) = 75,3 Дж/(моль К)
Энтальпия плавления H ₂ O = 6,02 кДж/моль

Решение:

1) Кубик льда делает три вещи:

(а) нагрев от -19 до нуля С
(b) расплав при нуле C
(c) нагреть от нуля до конечной температуры

2) Жидкая вода делает одно дело. Он охлаждается с 25,0 °C до конечной темп.

3) Теплота, полученная льдом, равна теплоте, потерянной водой с температурой 25,0 °C.

4) Энергия кубика льда:

q _a = (40,0 г / 18,0 г/моль) (19 К) (37,7 Дж/(моль К))
q _b = (40,0 г / 18,0 г/моль) (6020 Дж/моль) q _c = (40,0 г / 18,0 г/моль) (x — 0) (75,3 Дж/(моль К))

5) Вода с температурой 25,0 °C делает следующее:

q _d = (275 г / 18,0 г/моль) (25 − x) (75,3 Дж/(моль К))

Этот срок:

(25 — х)

— это изменение температуры от 25 до конечной температуры. Я поставил x − 0 в другом, чтобы было ясно, что это изменение x по сравнению с начальной температурой 0.

6) Нам нужна такая установка:

q _a + q _b + q _c = q _d

(40,0 г/18,0 г/моль) (19 K) (37,7 Дж/(моль K)) + (40,0 г/18,0 г/моль) (6020 Дж/моль) + (40,0 г / 18,0 г/моль) (x − 0) (75,3 Дж/(моль K)) = (275 г / 18,0 г/моль) (25 − x) ( 75,3 Дж/(моль К))

1591,78 + 13377,78 + 167,33х = 28760,42 — 1150,42х

1317,75х = 13790,86

х = 10,5°С

---

Задача № 13: 200-граммовый жидкий образец спирта X готовят при температуре -10,0 °C. Затем образец добавляют к 300 г воды при 20,0°С в герметичном контейнере из пенопласта. При достижении термического равновесия температура водно-спиртового раствора составляет 10,0 °С. Какова удельная теплоемкость спирта? Предположим, что герметичный контейнер является изолированной системой. Удельная теплоемкость воды 4,184 кДж кг¯ ¹ °С¯ ¹ .

Решение:

1) Ключевое предположение состоит в том, что все тепло, теряемое более теплой водой, передается более холодному спирту. В уравнении:

q _вода = q _спирт

или

(масса воды) (изменение температуры воды) (удельная теплоемкость воды) = (масса спирта) (изменение температуры спирта) (удельная теплоемкость спирта)

2) Энергия, теряемая водой:

(0,300 кг) (10,0 °С) (4,184 кДж кг¯ ¹ °С¯ ¹ ) = 12,552 кДж

3) 12,552 кДж приобретет спирт:

12,552 кДж = (0,200 кг) (20,0 °C) (x)

x = 3,1375 кДж кг¯ ¹ °C¯ ¹

До трех значащих цифр ответ равен 3,14 кДж кг¯ ¹ °C¯ ¹

4) Часто шаги 2 и 3 выше объединяются следующим образом:

(0,300 кг) (10,0 °C) (4,184 кДж кг¯ ¹ °С¯ ¹ ) = (0,200 кг) (20,0 °С) (х)

---

Задача №14: Образец воды массой 41,58 г при температуре 73,3 °C добавляют к образцу воды при температуре 23,6 °C в калориметре постоянного давления. Если конечная температура объединенной воды составляет 38,9 °С, а теплоемкость калориметра равна 26,3 Дж °С¯ ¹ , вычислите массу воды, первоначально находившейся в калориметре.

Решение:

1) Энергия теплой воды выполняет две функции:

(a) нагреть более холодную воду с 23,6 °C до 38,9 °C
(b) нагреть калориметр с 23,6 °C до 38,9 °C

2) При этом температура более теплой воды упадет с 73,3 °С до 38,9 °С. Поскольку более теплая вода является единственным источником тепловой энергии, определим, сколько тепла теряется:

q = (масса) (изменение температуры) (удельная теплоёмкость)

q = (41,58 г) (34,4 °С) (4,184 Дж г¯ ¹ °С¯ ¹ ) = 5984,59 Дж

3) Начиная с шага 1 выше, вот настройки для (a) и (b):

q _a = (m) (15,3 °C) (4,184 Дж г¯ ¹ °C¯ ¹ )
q _b = (26,3 Дж °C¯ ¹ ) (15,3 °C) = 402,39 Дж

4) Сумма (а) и (б) равна 5984,59 Дж:

5984,59 Дж = (м) (15,3 °С) (4,184 Дж г¯ ¹ °С¯ ¹ ) + 402,39 Дж

64,0152 м = 5582,2

м = 87,2 г (до трех знаков фиг. )

---

Задача №15: Смешиваются равные массы горячей воды и льда. Весь лед тает, и конечная температура смеси равна 0°С. Если лед изначально имел температуру 0 °C, какова была первоначальная температура горячей воды?

Решение:

1) Предположим, у нас есть 18,0 г льда и 18,0 г горячей воды.

2) Ключ в том, чтобы понять, что единственное, что сделал лед, это растаял, он не изменил свою температуру. Итак, рассчитаем количество тепла, необходимое для плавления наших 18,0 г (или 1,00 моль) льда:

q = (6,02 кДж/моль) (1,00 моль) = 6,02 кДж

3) Единственным источником тепла является горячая вода, дающая 6020 Дж (я перевел 6,02 кДж в Дж) тепла. Рассчитаем изменение температуры 18,0 г горячей воды при потере ею 6020 Дж теплоты:

6020 Дж = (18,0 г) (x) (4,184 Дж г¯ ¹ °С¯ ¹ )

х = 79,9 °С

Горячая вода имела начальную температуру 79,9 °C и опускалась до 0 °C по мере таяния льда (и оставалась при 0 °C все время).

---

Задача №16: В реальных калориметрах большая часть тепла, выделяемого бомбой, поглощается водой, но некоторое количество тепла также поглощается металлом и изоляцией, окружающими резервуар для воды. Некоторый калориметр поглощает 24 Дж/°С. Если 50,0 г воды с температурой 52,7 °C смешать с исходными 50,0 г воды с температурой 22,3 °C из калориметра, какой будет конечная температура смеси?

Решение:

1) У нас есть немного теплой воды, которая теряет тепло. Мы можем настроить расчет для определения суммы:

(50,0 г) (4,184 Дж/г °C) (52,7 °C — T)

T — конечная температура, а (52,7 °C − T) — изменение температуры.

2) Все потерянное тепло уходит в два места:

(а) прохладная вода
(b) сам калориметр

3) Вот установка для (а):

(50,0 г) (4,184 Дж/г °С) (Т — 22,3 °С)

Помните, что T (конечная температура) выше 22,3 °C, поэтому изменение температуры начинается с 22,3 °C и достигает T.

4) Вот установка для (b):

(24 Дж/°С) (Т — 22,3°С)

Калориметр имеет ту же начальную температуру (22,3 °C), что и холодная вода, и заканчивается при той же T (конечная температура), поэтому он претерпевает такое же изменение температуры (называемое ΔT)

5) Теперь составим уравнение. . . :

(50,0 г) (4,184 Дж/г °C) (52,7 − T) = (50,0 г) (4,184 Дж/г °C) (T − 22,3) + (24 Дж/°C) (T − 22,3)

Левая сторона – это тепло, выходящее из теплой воды, а правая сторона – это тепло, поступающее в два места назначения (сам калориметр и холодная вода).

6) . . . и решить его:

(50,0) (4,184) (52,7 — Т) = (50,0) (4,184) (Т — 22,3) + (24) (Т — 22,3)

11024,84 − 209,2T = (209,2T − 4665,16) + (24T − 535,2)

11024,84 − 209,2T = 233,2T − 5200,36

442,4Т = 16225,2

T = 36,7 °C (до трех знаков цифры)

---

Задача №17: 40,0 г льда при температуре 0,0 °C смешивают со 150,0 г жидкой воды при температуре 80,0 °C в калориметре кофейной чашки. Рассчитайте достигнутую конечную температуру, предполагая отсутствие потери или поступления тепла из окружающей среды.

Обсуждение:

Мы знаем, что температура жидкой воды понизится, возможно, до нуля. Мы также знаем, что часть (если не весь) лед растает. Я собираюсь посмотреть, сколько энергии требуется, чтобы растопить весь лед, а затем посмотреть, как это соотносится с энергией, выделяемой при охлаждении жидкой воды.

Решение:

1) Сколько энергии потребуется, чтобы растопить весь лед:

(40,0 г / 18,015 г/моль) (6,02 кДж/моль) = 13,367 кДж = 13 367 Дж

2) Сколько энергии выделится жидкой водой при охлаждении до нуля градусов Цельсия:

q = (масса) (Δt) (удельная теплоёмкость)

q = (150 г) (80,0 °С) (4,184 Дж/г °С)

q = 50208 Дж

Этот расчет показывает, что энергии достаточно, чтобы растопить весь лед. Иногда учитель будет давать вам задачу, где не весь лед растает за счет энергии теплой воды. В этом случае конечная температура будет равна нулю по Цельсию. См. пример ниже.

3) Нам нужно знать, на сколько изменится температура, если из теплой воды будет удалено 13 367 Дж энергии.

q = (масса) (Δt) (удельная теплоёмкость)

13367 Дж = (150, г) (Δt) (4,184 Дж/г °С)

Δt = 21,2986 °C (конечную температуру я округлю до трех цифр)

4) Теперь у нас есть новая задача: «Какова будет конечная температура, если 40,0 г воды при 0,00 °С смешать со 150,0 г воды при 58,7014 °С».

(40,0 г) (x − 0 °C) (4,184 Дж/г °C) = (150, г) (58,7014 °C − x) (4,184 Дж/г °C)

(40,0 г) (x — 0 ° C) = (150, г) (58,7014 ° C — x)

40х = 8805,21 — 150х

190х = 8805,21

х = 46,3 °С

---

Задача №18: 40,0 г льда при 0,0 °C смешивают со 150 г жидкой воды при 20,0 °C в калориметре кофейной чашки. Рассчитайте достигнутую конечную температуру, предполагая отсутствие потери или поступления тепла из окружающей среды.

Решение:

1) Сколько энергии потребуется, чтобы растопить весь лед:

(40,0 г / 18,015 г/моль) (6,02 кДж/моль) = 13,367 кДж = 13 367 Дж

2) Сколько энергии выделится жидкой водой при охлаждении до нуля градусов Цельсия:

q = (масса) (Δt) (удельная теплоёмкость)

q = (150 г) (20,0 °С) (4,184 Дж/г °С)

q = 12 552 Дж

3) Немного обсуждения:

Этот расчет показывает, что энергии недостаточно, чтобы растопить весь лед. Это означает, что конечная температура равна нулю по Цельсию, а в жидкой воде плавает некоторое количество нерастаявшего льда.

В этот момент задача может спросить, сколько льда осталось нерасплавленным. Ответ для приведенной выше задачи равен 2,44 г. Я оставлю вас подумать, как это понять.

---

Задача №18: Равные массы жидкости А при начальной температуре 100°С и жидкости В при начальной температуре 50°С смешивают в изолированном контейнере. Конечная температура смеси составляет 80°С. Что имеет большую удельную теплоемкость, А или В?

Решение:

1) Предположим, что:

Теплота, отдаваемая А, равна теплоте, поглощаемой В. Тепло не теряется с контейнером.

2) В уравнении запишем так:

q _A = q _B

3) Это, следовательно, также верно:

(масса A) (изменение температуры A) (sp теплота A) = (масса B) (изменение температуры B) (sp теплота B)

4) Массы равны, что дает:

(температурное изменение A) (sp теплота A) = (температурное изменение B) (sp теплота B)

5) Замена:

(20) (А) = (30) (Б)

А = 1,5 В

Удельная теплоемкость A больше, чем у B.

---

Бонусная задача: Вода с температурой 0 °C была помещена в тарелку внутри сосуда, поддерживающего низкое давление с помощью вакуумного насоса.

No related posts.