Методические рекомендации и сборник задач по физике для учащихся 8-х классов часть I (стр. 7 из 17)
Задача 176. Изменяется ли общая кинетическая энергия молекул тела, когда во время его плавления к нему подводится некоторое количество теплоты? Изменяется ли в этом случае внутренняя энергия тела?
Задача 177. Одинаковый ли физический смысл имеют выражения: «передача телу теплоты» и «нагревание тела»?
Задача 178. В чем проявляется закон сохранения и превращения энергии при плавлении и кристаллизации вещества?
Задача 179. На сколько увеличится при плавлении внутренняя энергия ртути, свинца, меди массой 1 кг, взятых при температурах плавления?
Задача 180. На сколько уменьшится внутренняя энергия при кристаллизации брусков из белого чугуна массой 2 кг; олова массой 1 кг; железа массой 5 кг; льда массой 10 кг, охлажденных до температуры их кристаллизации?
Задача 181. Масса какого металла – золота и серебра – должна быть больше и во сколько раз, чтобы количество теплоты, достаточное для плавления металла, было в каждом случае одинаковым?
§3. Плавление и отвердевание. Расчетные задачи.
Примеры решения задач.
Пример 1. Ванну емкостью 100 л необходимо заполнить водой, имеющей температуру 30
, используя воду с температурой 80 
и лед с температурой -20 
. Определить массу льда, который придется положить в ванну. Теплоемкостью ванны и потерями тепла пренебречь. Удельная теплоемкость воды 4,2 
, удельная теплоемкость льда 2,1 
, его удельная теплота плавления 340 
.Дано: V = 100 л,
= 80 
, 
, 
= 30 
, 
= 0 , C1 = 4,2 
,C2 = 2,1
, 
, 
.Найти: mл
Анализ:
Так как мы пренебрегаем внешним теплообменом, составляем уравнение теплового баланса
(1)
- количество теплоты, полученное льдом при нагревании от 
до 
.
- количество теплоты, необходимое для плавления льда.
- количество теплоты, полученное водой, образовавшейся из льда при нагревании от 
до равновесной температуры 
.
- количество теплоты, отданное горячей водой при остывании от температуры 
до температуры 
.Общая масса воды в ванне
Тогда масса горячей воды
Подставляя все в уравнение теплового баланса (1), получим
отсюда
Вычисления:
кг.Пример 2. Сколько надо сжечь дров в печке с КПД 20%, чтобы из 5 кг льда, взятого при температуре –20
получить кипяток?Дано:
= 20%, 
= 5 кг, 
, 
, q = 107 
, 
= 2100 
,
= 4200 
, 
= 330 
Найти: mд
Анализ:
- УТБ.
- количество теплоты, необходимое для нагрева льда до температуры плавления.
- количество теплоты, необходимое для плавления льда.
- количество теплоты, необходимое для нагрева полученной из льда воды до точки кипения.Отсюда:
Вычисления:
кг.Пример 3. В калориметр налито 2 кг воды, имеющей температуру 5
, и положен кусок льда массой 5 кг, имеющий температуру -40 
. Определить температуру 
и объем содержимого калориметра после установления теплового равновесия. Теплоемкостью калориметра и теплообменом с внешней средой пренебречь.Дано:
, 
= 920 
, C1 = 4,2 
, C2 = 2,1 
, = 330 
,m1 = 2 кг,
, m2 = 5 кг, 
.Найти:
, V.Анализ:
Можно представить себе следующие случаи:
1. Весь лед растает, и температура смеси будет больше нуля.
2. Вся вода замерзнет, и температура смеси будет меньше нуля.
3. Температура смеси будет равна нулю, и часть льда растает.
4. Температура смеси будет равна нулю, и часть воды замерзнет.
Для того, чтобы понять, какой случай реализуется в данной задаче, необходимо сделать предварительные вычисления.
При охлаждении до
= 0 вода отдает количество теплоты
кДж.При нагревании льда до температуры плавления лед поглощает количество теплоты
кДж.Если весь лед растает, он поглощает количество теплоты
кДж.Если вся вода замерзнет, она отдаст количество теплоты