8.2. Количество теплоты (нагревание и охлаждение) 1. Почему для расчета количества теплоты нет необходимости градусы Цельсия переводить в кельвины, 2.Как, зная удельную…

Ниже подробные решения по каждой подзадаче, с пошаговыми объяснениями. Цель — понять материал (10-й класс, физика).

1. Почему для расчета количества теплоты нет необходимости переводить градусы Цельсия в кельвины

• Формула для количества теплоты при нагревании/охлаждении: Q = c · m · ΔT.
• Здесь учитывается изменение температуры ΔT. При этом 1 °C равно 1 K по величине при изменении температуры: ΔT(°C) = ΔT(K).
• Следовательно, можно использовать ΔT в градусах Цельсия или в кельвинах — разности одинаковые. Перевод нужен только для абсолютных температур (например, если нужна сама температура без разности), но для Q важна именно разность температур.
• Итого: для расчета Q достаточно ΔT в °C или в K; разности равны по величине.

2. Как, зная удельную теплоёмкость вещества, из которого изготовлено тело, можно рассчитать теплоёмкость тела

• Теплоёмкость тела C связана с удельной теплоёмкостью c и массой m по формуле: C = c · m.
• Шаги:
  • Найдите массу тела (в килограммах).
  • Подставьте в формулу: C = c · m.
  • Результат — теплоёмкость тела в Джouлях на кельвин (Дж/К).

3. В каких единицах измеряются удельная теплоёмкость вещества и теплоёмкость вещества

• Удельная теплоёмкость (c): Джоуль на килограмм кельвин (J/(kg·K)). Также встречаются устаревшие или бытовые варианты Cal/(g·°C), но в физике обычно J/(kg·K).
• Теплоёмкость (C): Джоуль на кельвин (J/K).
• Примечание: для воды часто приводят c ≈ 4200 J/(kg·K).

4. Какое количество теплоты необходимо сообщить телу, чтобы его температура повысилась на 275 K? Теплоёмкость тела 54 Дж/К.

• Формула: Q = C · ΔT.
• Здесь C = 54 Дж/К, ΔT = 275 К.
• Вычисление: Q = 54 · 275 = 14850 Дж.
• Ответ: Q ≈ 1.485 × 10^4 Дж (или 14.85 кДж).

5. Какую массу воды можно нагреть от 20 °С до кипения, передав жидкости 672 кДж теплоты, Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·К)

• ΔT = температура кипения − начальная = 100 °C − 20 °C = 80 K.
• Формула: Q = m · c · ΔT.
• m = Q / (c · ΔT) = 672000 J / (4200 J/(kg·K) × 80 K) = 672000 / 336000 = 2.0 кг.
• Ответ: масса воды = 2 кг.

6. Для нагревания детали массой 400 г от 20 до 25 °С потребовалось 760 Дж. Определите по этим данным удельную теплоёмкость металла, из которого изготовлена деталь

• Масса m = 400 г = 0.4 кг.
• ΔT = 25 − 20 = 5 K.
• Q = c · m · ΔT, значит c = Q / (m · ΔT).
• c = 760 J / (0.4 kg × 5 K) = 760 / 2 = 380 J/(kg·K).
• Ответ: удельная теплоёмкость металла = 380 J/(kg·K).

7. Для нагрева железной детали массой 200 г на 20 °C затратили 1800 Дж теплооты. Какова теплоёмкость детали?

• Масса m = 200 г = 0.2 кг.
• Уточнение по условию: «на 20 °C» означает, что температура повысилась на 20 K. Значение ΔT = 20 K.
• Формула: C = Q / ΔT.
• C = 1800 J / 20 K = 90 J/K.
• Ответ: теплоёмкость детали = 90 Дж/K.

8. На сколько градусов понизится температура 5 л воды, если она отдаёт в окружающее пространство 252 кДж энергии? Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·К)

• Масса воды: 5 л ≈ 5 кг (плотность воды близка к 1 кг/л).
• Q передано окружающему пространству = 252 кДж = 252000 Дж. Это количество энергии, аналогично уменьшению внутренней энергии воды, т.е. ΔQ = -252000 Дж.
• ΔT = Q / (m · c) = (-252000 J) / (5 kg × 4200 J/(kg·K)).
• Вычисление: 5 × 4200 = 21000; ΔT = -252000 / 21000 = -12 K.
• Ответ: температура понизится на 12 K (то есть на 12 °C, если учитывать температуру соответственно начальную).