Решение задач: Тепловые явления (Вариант 2)

Ниже представлены решения задач из варианта 2 зачета «Тепловые явления», оформленные для записи в тетрадь. ВАРИАНТ 2. Зачет «Тепловые явления» НА «3»: 1) Почему деталь при обработке нагревается? Ответ: При обработке детали (например, трении, сверлении или ковке) совершается механическая работа. Эта работа идет на увеличение внутренней энергии детали, что проявляется в повышении ее температуры. 2) Сколько необходимо затратить энергии, чтобы нагреть 1 кг воды от 10 до 100°С? Дано: \(m = 1\) кг \(t_1 = 10^{\circ}C\) \(t_2 = 100^{\circ}C\) \(c = 4200\) Дж/(кг·°С) (удельная теплоемкость воды) Найти: \(Q\) — ? Решение: \[Q = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1)\] \[Q = 4200 \cdot 1 \cdot (100 - 10) = 4200 \cdot 90 = 378000 \text{ Дж} = 378 \text{ кДж}\] Ответ: 378 кДж. 3) Чему равна энергия, выделяемая при испарении 500 грамм эфира при температуре парообразования? Дано: \(m = 500 \text{ г} = 0,5\) кг \(L = 0,4 \cdot 10^6\) Дж/кг (удельная теплота парообразования эфира) Найти: \(Q\) — ? Решение: \[Q = L \cdot m\] \[Q = 0,4 \cdot 10^6 \cdot 0,5 = 200000 \text{ Дж} = 200 \text{ кДж}\] Ответ: 200 кДж. НА «4»: 4) Что означает: удельная теплоемкость цинка равна 800 Дж/(кг·°С)? Ответ: Это означает, что для нагревания 1 кг цинка на 1 градус Цельсия необходимо затратить 800 Джоулей энергии. Соответственно, при остывании 1 кг цинка на 1 градус Цельсия выделяется 800 Джоулей энергии. 5) Почему подвал — самое холодное место в доме? Ответ: Это происходит из-за явления конвекции. Холодный воздух более плотный и тяжелый, поэтому он опускается вниз, а теплый воздух, как более легкий, поднимается вверх. Таким образом, холодные массы воздуха скапливаются в самой нижней точке здания — в подвале. 6) Вычислите количество теплоты, необходимое для нагревания железа массой 300 г на 300°С. Дано: \(m = 300 \text{ г} = 0,3\) кг \(\Delta t = 300^{\circ}C\) \(c = 460\) Дж/(кг·°С) (удельная теплоемкость железа) Найти: \(Q\) — ? Решение: \[Q = c \cdot m \cdot \Delta t\] \[Q = 460 \cdot 0,3 \cdot 300 = 41400 \text{ Дж} = 41,4 \text{ кДж}\] Ответ: 41,4 кДж. НА «5»: 7) В ведро налита вода массой 10 кг, ее температура 20°С. Сколько надо долить воды (при 100°С), чтобы температура воды стала 32°С? Дано: \(m_1 = 10\) кг \(t_1 = 20^{\circ}C\) \(t_2 = 100^{\circ}C\) (кипяток) \(\theta = 32^{\circ}C\) (конечная температура) Найти: \(m_2\) — ? Решение: Составим уравнение теплового баланса: количество теплоты, полученное холодной водой, равно количеству теплоты, отданному горячей водой. \[Q_{пол} = Q_{отд}\] \[c \cdot m_1 \cdot (\theta - t_1) = c \cdot m_2 \cdot (t_2 - \theta)\] Сократим на \(c\): \[m_1 \cdot (\theta - t_1) = m_2 \cdot (t_2 - \theta)\] \[10 \cdot (32 - 20) = m_2 \cdot (100 - 32)\] \[10 \cdot 12 = m_2 \cdot 68\] \[120 = 68 \cdot m_2\] \[m_2 = \frac{120}{68} \approx 1,76 \text{ кг}\] Ответ: примерно 1,76 кг. 8) При сгорании дров массой 300 г плавят лед массой 5 кг, а затем воду доводят до кипения и испаряют. Сколько воды испарится? Дано: \(m_{др} = 0,3\) кг \(q = 10 \cdot 10^6\) Дж/кг (удельная теплота сгорания дров) \(m_{льда} = 5\) кг \(\lambda = 3,4 \cdot 10^5\) Дж/кг (плавление льда) \(c = 4200\) Дж/(кг·°С) \(L = 2,3 \cdot 10^6\) Дж/кг (парообразование) Найти: \(m_{исп}\) — ? Решение: 1. Энергия от сгорания дров: \(Q_{общ} = q \cdot m_{др} = 10^7 \cdot 0,3 = 3 \cdot 10^6\) Дж. 2. Энергия на плавление льда: \(Q_1 = \lambda \cdot m_{льда} = 3,4 \cdot 10^5 \cdot 5 = 1,7 \cdot 10^6\) Дж. 3. Энергия на нагрев 5 кг воды от 0 до 100°С: \(Q_2 = c \cdot m \cdot \Delta t = 4200 \cdot 5 \cdot 100 = 2,1 \cdot 10^6\) Дж. Заметим, что \(Q_1 + Q_2 = 1,7 \cdot 10^6 + 2,1 \cdot 10^6 = 3,8 \cdot 10^6\) Дж. Это больше, чем \(Q_{общ}\) (\(3 \cdot 10^6\) Дж). Значит, дров не хватит даже на то, чтобы довести всю воду до кипения, и испарения не произойдет. Ответ: 0 кг (энергии дров недостаточно для начала испарения).