Похожие вопросы
2025-09-20 01:39:41
Какой котелок лучше использовать для расплавления 100 г льда при температуре —12 °С и доведения полученной воды до кипения: стальной или медный? Во сколько раз будут отличаться затраченные количества теплоты при использовании этих котелков, если масса каждого из них составляет 50 г и условия проведения опытов остаются одинаковыми, а теплопотерями пренебрегаем?
Физика 11 класс Теплообмен и теплота котелок для расплавления льда стальной котелок медный котелок затраты теплоты физика 11 класс температура плавления льда кипение воды теплопотери расчет теплоты опыт по физике
2025-09-20 01:40:01
Для решения этой задачи нам необходимо рассмотреть процесс нагрева льда и последующего нагрева воды до кипения, а также учесть теплоемкости материалов котелков.
Шаг 1: Определение необходимых количеств теплоты для льда и воды
- Сначала нам нужно расплавить 100 г льда при температуре -12 °C.
- Для этого мы должны сначала нагреть лед до 0 °C, а затем расплавить его и нагреть получившуюся воду до 100 °C.
Шаг 2: Нагрев льда от -12 °C до 0 °C
- Для нагрева льда используем формулу: Q1 = m * c * ΔT, где:
- m = 100 г = 0,1 кг (масса льда),
- c = 2,1 Дж/(г·°C) (удельная теплоемкость льда),
- ΔT = 0 - (-12) = 12 °C (изменение температуры).
Таким образом, Q1 = 0,1 кг * 2100 Дж/(кг·°C) * 12 °C = 2520 Дж.
Шаг 3: Плавление льда
- Теперь нужно расплавить лед. Для этого используем формулу: Q2 = m * L, где:
- L = 334 Дж/г (с latent heat of fusion).
Тогда Q2 = 100 г * 334 Дж/г = 33400 Дж.
Шаг 4: Нагрев воды от 0 °C до 100 °C
- Теперь нагреваем воду до 100 °C:
- Q3 = m * c * ΔT, где:
- c = 4,2 Дж/(г·°C) (удельная теплоемкость воды),
- ΔT = 100 - 0 = 100 °C.
Таким образом, Q3 = 100 г * 4,2 Дж/(г·°C) * 100 °C = 42000 Дж.
Шаг 5: Общее количество теплоты для льда и воды
Общее количество теплоты, необходимое для процесса: Q_total = Q1 + Q2 + Q3 = 2520 Дж + 33400 Дж + 42000 Дж = 77920 Дж.
Шаг 6: Учет теплоемкости котелков
Теперь нужно учесть теплоемкость котелков. Для этого используем формулу Q = m * c * ΔT для котелков:
- Для стального котелка:
- m = 50 г = 0,05 кг, c = 460 Дж/(кг·°C), ΔT = 100 °C.
- Q_st = 0,05 кг * 460 Дж/(кг·°C) * 100 °C = 2300 Дж.
- Для медного котелка:
- m = 50 г = 0,05 кг, c = 385 Дж/(кг·°C), ΔT = 100 °C.
- Q_md = 0,05 кг * 385 Дж/(кг·°C) * 100 °C = 1925 Дж.
Шаг 7: Общая затраченная теплота
Теперь мы можем рассчитать общую затраченную теплоту для каждого котелка:
- Для стального котелка: Q_total_st = Q_total + Q_st = 77920 Дж + 2300 Дж = 80220 Дж.
- Для медного котелка: Q_total_md = Q_total + Q_md = 77920 Дж + 1925 Дж = 79845 Дж.
Шаг 8: Сравнение затрат теплоты
Теперь мы можем найти, во сколько раз отличаются затраты теплоты:
Отношение: R = Q_total_st / Q_total_md = 80220 Дж / 79845 Дж ≈ 1,005.
Таким образом, затраты теплоты при использовании стального котелка будут примерно на 0,5% больше, чем при использовании медного котелка. Это связано с различиями в теплоемкости материалов котелков.