Сверь числа и знаки с фото.
- Ученик провёл физический эксперимент: в воду массой 250 г он опустил нагретое в кипящей воде до 100 °C металлическое тело массой 100 г. Начальная температура воды 20 °C, после установления теплового равновесия температура стала 24,5 °C. Определите удельную теплоёмкость металлического тела, если: а) теплообменом с окружающей средой и сосудом можно пренебречь; б) вода налита в алюминиевый стакан массой 60 г, а теплообменом с окружающей средой можно пренебречь.
Таблица 1. Удельная теплоёмкость некоторых веществ. Вещество | c, Дж/(кг·°C): Золото — 130 (зачёркнуто), Ртуть — 138, Свинец — 140, Олово — 230; Железо — 460, Сталь — 500, Чугун — 540, Стекло — 840; Лёд — 2100, Керосин — 2100, Эфир — 2350, Дерево (дуб) — 2400.
Окончание табл. Вещество | c, Дж/(кг·°C): Серебро — 250 (зачёркнуто), Медь — 400 (зачёркнуто), Цинк — 400 (зачёркнуто), Латунь — 400; Кирпич — 880, Алюминий — 920, Масло подсолнечное — 1700; Спирт — 2500, Молоко жирное — 3900, Вода — 4200. Удельная теплоёмкость одного и того же вещества, находящегося в разных агрегатных состояниях, различна. Например, удельная теплоёмкость воды в жидком состоянии равна 4200 Дж/(кг·°C), а в твёрдом состоянии (лёд) — 2100 Дж/(кг·°C).
На фото несколько заданий; ниже я разобрал задачу 6 — она использует данные таблицы удельной теплоёмкости. Если нужна другая, напиши её номер.
Краткий ответ: а) \(c_{\text{т}} \approx 626\ \text{Дж}/(\text{кг}\cdot^\circ\text{C})\); б) \(c_{\text{т}} \approx 659\ \text{Дж}/(\text{кг}\cdot^\circ\text{C})\).
Как решать
Удельная теплоёмкость \(c\) показывает, сколько теплоты нужно для нагревания \(1\ \text{кг}\) вещества на \(1^\circ\text{C}\). В теплообмене без потерь тепло, отданное горячим телом, равно теплу, полученному холодными телами: \[ Q_{\text{отд}} = Q_{\text{пол}}. \]
В случае а) металлическое тело отдаёт тепло, вода получает: \[ c_{\text{т}} m_{\text{т}} (t_{\text{т}} - t) = c_{\text{в}} m_{\text{в}} (t - t_{\text{в}}). \] Выражаем удельную теплоёмкость тела: \[ c_{\text{т}} = \frac{c_{\text{в}} m_{\text{в}} (t - t_{\text{в}})}{m_{\text{т}} (t_{\text{т}} - t)}. \] Подставляем: \[ c_{\text{т}} = \frac{4200 \cdot 0{,}25 \cdot (24{,}5 - 20)}{0{,}1 \cdot (100 - 24{,}5)} = \frac{4200 \cdot 0{,}25 \cdot 4{,}5}{0{,}1 \cdot 75{,}5} \approx 625{,}8. \] Округляем: \(626\ \text{Дж}/(\text{кг}\cdot^\circ\text{C})\).
В случае б) вода находится в алюминиевом стакане, поэтому тепло получают и вода, и стакан: \[ c_{\text{т}} m_{\text{т}} (t_{\text{т}} - t) = (c_{\text{в}} m_{\text{в}} + c_{\text{Al}} m_{\text{ст}})(t - t_{\text{в}}). \] Отсюда: \[ c_{\text{т}} = \frac{(c_{\text{в}} m_{\text{в}} + c_{\text{Al}} m_{\text{ст}})(t - t_{\text{в}})}{m_{\text{т}} (t_{\text{т}} - t)}. \] Подставляем \(c_{\text{Al}} = 920\ \text{Дж}/(\text{кг}\cdot^\circ\text{C})\), \(m_{\text{ст}} = 0{,}06\ \text{кг}\): \[ c_{\text{т}} = \frac{(4200 \cdot 0{,}25 + 920 \cdot 0{,}06) \cdot 4{,}5}{0{,}1 \cdot 75{,}5} = \frac{(1050 + 55{,}2) \cdot 4{,}5}{7{,}55} \approx 658{,}7. \] Округляем: \(659\ \text{Дж}/(\text{кг}\cdot^\circ\text{C})\).
Проверка: если подставить найденные значения обратно в уравнение теплового баланса, количества теплоты совпадают с точностью до округления. Принцип тот же: считаем тепло, отданное телом, и тепло, полученное водой (и стаканом), и приравниваем их.