В 200 граммах воды при 20°С помещают 300 граммов железа при 200°С. Какое общее количество теплоты будет выделяться или поглощаться в этой системе? Помогите, пожалуйста!

Физика 10 класс Теплопередача Количество теплоты вода железо температура термодинамика теплообмен физика Теплоёмкость расчет теплоты Система Новый

Для решения данной задачи необходимо использовать закон сохранения энергии, который гласит, что количество теплоты, передаваемое от одного тела к другому, равно количеству теплоты, полученному другим телом. В данной системе у нас есть два тела: вода и железо.

Шаг 1: Определение параметров системы

• Масса воды (m1) = 200 г
• Начальная температура воды (T1) = 20°С
• Масса железа (m2) = 300 г
• Начальная температура железа (T2) = 200°С
• Удельная теплоемкость воды (c1) ≈ 4,18 Дж/(г·°С)
• Удельная теплоемкость железа (c2) ≈ 0,45 Дж/(г·°С)

Шаг 2: Определение конечной температуры системы

Предположим, что система достигнет равновесия при конечной температуре (T). В этом случае количество теплоты, отданное железом, будет равно количеству теплоты, полученному водой:

Q_железа = Q_воды

Формулы для расчета количества теплоты:

• Q_железа = m2 * c2 * (T2 - T)
• Q_воды = m1 * c1 * (T - T1)

Подставим эти выражения в уравнение:

m2 * c2 * (T2 - T) = m1 * c1 * (T - T1)

Шаг 3: Подставим известные значения

300 * 0,45 * (200 - T) = 200 * 4,18 * (T - 20)

Шаг 4: Решение уравнения

Теперь мы можем решить это уравнение для нахождения T:

1. 135 * (200 - T) = 836 * (T - 20)
2. 27000 - 135T = 836T - 16720
3. 27000 + 16720 = 836T + 135T
4. 43720 = 971T
5. T ≈ 45°С

Шаг 5: Расчет количества теплоты

Теперь, когда мы знаем конечную температуру, можем рассчитать количество теплоты, выделяемое железом или поглощаемое водой.

Например, рассчитаем количество теплоты, выделенное железом:

Q_железа = 300 * 0,45 * (200 - 45) = 300 * 0,45 * 155 = 20925 Дж

Шаг 6: Вывод

Таким образом, общее количество теплоты, выделяемое в системе, составляет 20925 Дж. Это количество теплоты выделяется железом, так как оно остывает, а вода поглощает это количество теплоты, нагреваясь.