1 Что называют теплоёмкостью тела?
Теплоёмкостью тела называют количество теплоты, необходимое для изменения его температуры на определенную величину.
2 В каком случае в результате теплообмена температура тела увеличивается, а в каком уменьшается?
Температура тела увеличивается в результате теплообмена, если оно получает тепло, и уменьшается, если тело отдает тепло.
3 Как зависит теплоёмкость однородного тела от его массы?
Теплоёмкость однородного тела пропорциональна его массе.
4 Что называют удельной теплоёмкостью вещества? В каких единицах в СИ её измеряют?
Удельной теплоёмкостью вещества называют теплоёмкость единичной массы этого вещества. В СИ удельную теплоёмкость измеряют в дж/(кг·К).
5 Почему различаются удельные теплоёмкости разных веществ?
Удельные теплоёмкости различаются из-за разной внутренней структуры веществ, наличия связей и степени свободы атомов и молекул.
6 Запишите, чему равно изменение температуры однородного тела при теплообмене, если известны масса тела, удельная теплоёмкость вещества, из которого оно состоит, и количество полученной телом теплоты.
Изменение температуры однородного тела при теплообмене можно вычислить по формуле: ΔT = Q / (m * c), где ΔT - изменение температуры, Q - количество полученной теплоты, m - масса тела, c - удельная теплоёмкость вещества.
7 Как изменится ответ на предыдущий вопрос, если в процессе теплообмена тело не получило, а отдало такое же количество теплоты?
Если тело отдало такое же количество теплоты, то изменение температуры будет равно -ΔT, где знак минус указывает на уменьшение температуры.
1 Термос ёмкостью V = 3 л заполнили кипящей водой и закрыли. Через сутки температура воды стала tк=80 °С. Какое количество теплоты отдала вода за это время?
Для определения количества теплоты, отданной водой, можно использовать уравнение теплопередачи:
\[Q = mcΔT,\]
где: - \(Q\) - количество теплоты, - \(m\) - масса воды, - \(c\) - удельная теплоемкость воды, - \(ΔT\) - изменение температуры.
Массу воды \(m\) можно найти, используя её плотность:
\[m = Vρ,\]
где: - \(V\) - объем воды, - \(ρ\) - плотность воды.
Объем воды \(V = 3 л = 3000 мл = 3000 г\) (поскольку 1 мл воды эквивалентно 1 г воды), а плотность воды \(ρ = 1 г/мл\).
Температура начальной воды \(t_0 = 100 °C\) (вода кипит) и температура воды через сутки \(t_к = 80 °C\).
Удельная теплоемкость воды \(c\) для жидкости примерно равна 4,18 Дж/(г·°C).
Теперь можно вычислить количество теплоты:
\[m = Vρ = 3000 г,\] \[ΔT = t_к - t_0 = 80 °C - 100 °C = -20 °C,\] \[Q = mcΔT = 3000 г × 4,18 Дж/(г·°C) × (-20 °C) = -250560 Дж.\]
Ответ: Вода отдала около 250560 Дж (или 250,56 кДж) теплоты за это время. Отрицательное значение теплоты указывает на то, что вода охладилась.
2 Какое количество теплоты потребуется передать ртути термометра при его нагревании от комнатной температуры (t0=20 °С) до температуры тела здорового человека (tк=36,6 °С)? Массу ртути считайте равной m=2 г. Будет ли это количество теплоты равно количеству теплоты, полученной термометром за время измерения температуры?
Для определения количества теплоты, которое потребуется передать ртути термометра, можно использовать ту же формулу:
\(Q = mcΔT\),
где \(Q\) - количество теплоты, \(m\) - масса ртути, \(c\) - удельная теплоемкость ртути, \(ΔT\) - изменение температуры.
Масса ртути \(m = 2 г\).
Удельная теплоемкость ртути \(c\) составляет примерно 0,14 Дж/(г·°С).
\(ΔT = tк - t0 = 36,6 °C - 20 °C = 16,6 °C\).
\(Q = mcΔT = 2 г × 0,14 Дж/(г·°С) × 16,6 °C = 4,672 Дж\).
Количество теплоты, переданное ртути термометра при измерении температуры, будет равно 4,672 Дж.
3 При охлаждении медного паяльника массой m=200 г до температуры tк=20 °С выделилось количество теплоты Q=30кДж. До какой температуры был нагрет паяльник?
Для определения температуры, до которой нагрелся медный паяльник, можно использовать ту же формулу:
где \(Q\) - количество теплоты, \(m\) - масса медного паяльника, \(c\) - удельная теплоемкость меди, \(ΔT\) - изменение температуры.
Масса медного паяльника \(m = 200 г\).
Удельная теплоемкость меди \(c\) составляет примерно 0,39 Дж/(г·°С).
Известно, что \(Q = 30 кДж = 30000 Дж\).
Теперь можно выразить изменение температуры \(ΔT\) и найти температуру паяльника до охлаждения:
\(ΔT = \frac{Q}{mc} = \frac{30000 Дж}{200 г × 0,39 Дж/(г·°С)} \approx 384,62 °C\).
Теперь найдем начальную температуру паяльника:
\(tк = t0 + ΔT = 20 °C + 384,62 °C \approx 404,62 °C\).
Ответ: Паяльник был нагрет до приближенно 404,62 °C.
4 Какое количество теплоты потребуется отвести от воздуха комнаты с температурой t0=30 °С и объёмом V=60 м3, чтобы охладить его до температуры tк = 20 °С? Плотность воздуха считайте постоянной и равной ρ=1,2кг/м3.
Чтобы охладить воздух от температуры \(t0 = 30 °C\) до температуры \(tк = 20 °C\) при объеме \(V = 60 м^3\), нужно определить количество теплоты \(Q\), которое необходимо извлечь из воздуха. Мы можем использовать следующее уравнение:
где \(Q\) - количество теплоты, \(m\) - масса воздуха, \(c\) - удельная теплоемкость воздуха, \(ΔT\) - изменение температуры.
Масса воздуха \(m\) можно найти, используя его плотность:
\(m = Vρ\),
где \(ρ\) - плотность воздуха.
Для удельной теплоемкости воздуха \(c\) можно использовать примерное значение 1005 Дж/(кг·°C).
\(ρ = 1,2 кг/м^3\), \(V = 60 м^3\), \(ΔT = tк - t0 = 20 °C - 30 °C = -10 °C\).
\(m = Vρ = 60 м^3 × 1,2
кг/м^3 = 72 кг\), \(Q = mcΔT = 72 кг × 1005 Дж/(кг·°C) × (-10 °C) = -723600 Дж\).
Ответ: Чтобы охладить воздух до температуры \(tк = 20 °C\), нужно извлечь 723600 Дж теплоты из воздуха.
5 Для нагревания металла массой m=100 г от температуры t0=30 °С до температуры Tк = 333 К потребовалось количество теплоты Q=2,7кДж. Определите удельную теплоёмкость этого металла.
Для определения удельной теплоемкости металла можно использовать следующее уравнение:
где: - \(Q\) - количество теплоты, - \(m\) - масса металла, - \(c\) - удельная теплоемкость металла, - \(ΔT\) - изменение температуры.
Масса металла \(m = 100 г\).
Изменение температуры \(ΔT = T_к - t_0 = 333 K - 30 °C = 303 K\).
Количество теплоты \(Q = 2,7 кДж = 2700 Дж\).
Теперь мы можем найти удельную теплоемкость металла \(c\):
\[c = \frac{Q}{mΔT} = \frac{2700 Дж}{100 г × 303 K} \approx 0,089 Дж/(г·K).\]
Ответ: Удельная теплоемкость этого металла составляет около \(0,089 Дж/(г·K)\).