Какова будет температура 4 кг воды после сжигания 30 г каменного угля, если вся выделенная энергия пойдет на нагрев воды?

Какова начальная температура ртути, если в воду с температурой 20 °С добавили ртуть равной массе воды, и в итоге температура стала 21 °С?

Сколько граммов древесного угля нужно сжечь в самоваре объемом 5 л, чтобы нагреть воду от 20 до 100 °С, учитывая, что только 25% выделяемой энергии используется на нагрев?

Сколько литров холодной воды необходимо добавить к 2 л воды при температуре 80 °С, чтобы охладить ее до 60 °С, если температура холодной воды составляет 10 °С?

Физика 8 класс Теплообмен и калориметрия температура воды сжигание угля нагрев воды начальная температура ртути температура смеси количество угля нагрев воды самовар охлаждение воды холодная вода термодинамика Новый

Давайте разберем каждый из вопросов по порядку.

1. Температура 4 кг воды после сжигания 30 г каменного угля.

Сначала нужно узнать, сколько энергии выделится при сжигании 30 г каменного угля. Энергия, выделяемая при сжигании угля, обычно составляет около 25 МДж/кг. Поэтому, для 30 г (0.03 кг) угля:

• Энергия = 0.03 кг * 25 МДж/кг = 0.75 МДж = 750 000 Дж.

Теперь, чтобы найти, насколько поднимется температура воды, используем формулу:

• Q = mcΔT,

где Q - количество теплоты (в нашем случае 750 000 Дж), m - масса воды (4 кг), c - удельная теплоемкость воды (около 4200 Дж/(кг·°С)), ΔT - изменение температуры.

Решаем уравнение на ΔT:

• ΔT = Q / (mc) = 750 000 Дж / (4 кг * 4200 Дж/(кг·°С)) = 44.64 °С.

Если начальная температура воды была 20 °С, то:

• Конечная температура = 20 °С + 44.64 °С = 64.64 °С.

2. Начальная температура ртути.

У нас есть 4 кг воды при температуре 20 °С и ртуть такой же массы (4 кг), которая добавляется, и в итоге температура смеси становится 21 °С. Мы можем использовать закон сохранения энергии:

• m1 * c1 * (T_final - T_water) + m2 * c2 * (T_final - T_mercury) = 0.

где m - масса, c - удельная теплоемкость, T - температура. Удельная теплоемкость ртути примерно 380 Дж/(кг·°С).

Подставляем известные значения:

• 4 кг * 4200 Дж/(кг·°С) * (21 °С - 20 °С) + 4 кг * 380 Дж/(кг·°С) * (21 °С - T_mercury) = 0.

Решаем уравнение:

• 4 * 4200 * 1 + 4 * 380 * (21 - T_mercury) = 0,
• 16800 + 1520 * (21 - T_mercury) = 0.

Теперь решаем на T_mercury:

• 1520 * (21 - T_mercury) = -16800,
• 21 - T_mercury = -16800 / 1520,
• T_mercury = 21 + 11.05 ≈ 32.05 °С.

3. Сколько граммов древесного угля нужно сжечь в самоваре объемом 5 л для нагрева воды от 20 до 100 °С?

Объем воды 5 л соответствует 5 кг (так как плотность воды 1 кг/л). Для нагрева воды на 80 °С (100 °С - 20 °С) используем ту же формулу:

• Q = mcΔT = 5 кг * 4200 Дж/(кг·°С) * 80 °С = 1 680 000 Дж.

Теперь, зная, что только 25% выделяемой энергии идет на нагрев, нам нужно найти полную энергию, которую нужно выделить:

• Q_total = Q / 0.25 = 1 680 000 Дж / 0.25 = 6 720 000 Дж.

Теперь, используя ту же энергию сжигания угля (25 МДж/кг), найдем массу угля:

• m = Q_total / (25 * 10^6) = 6 720 000 Дж / (25 * 10^6) = 0.2688 кг = 268.8 г.

4. Сколько литров холодной воды необходимо добавить к 2 л воды при температуре 80 °С, чтобы охладить ее до 60 °С?

Используем закон сохранения энергии:

• m1 * c * (T1 - T_final) = m2 * c * (T_final - T2),

где m1 - масса горячей воды (2 кг), T1 - температура горячей воды (80 °С), T_final - конечная температура (60 °С), m2 - масса холодной воды, T2 - температура холодной воды (10 °С).

Упрощаем уравнение, так как c сокращается:

• 2 * (80 - 60) = m2 * (60 - 10),
• 2 * 20 = m2 * 50,
• m2 = 0.8 кг.

Так как 1 кг воды = 1 л, то нам нужно добавить 0.8 л холодной воды.

Таким образом, ответы на вопросы:

• Температура воды после сжигания угля: 64.64 °С.
• Начальная температура ртути: примерно 32.05 °С.
• Масса древесного угля для нагрева: 268.8 г.
• Необходимое количество холодной воды: 0.8 л.