§2. Внутренняя энергия. Качественные задачи. Задача 1. Закрытую пробирку поместили в горячую воду. Изменилась ли кинетическая и потенциальная энергия молекул воздуха в пробирке? Если изменилась, то как? Задача 2 . В один стакан налита холодная вода, в другой – кипяток. В каком стакане вода обладает большей внутренней энергией? Задача 3. Два медных бруска массами 100 и 500 г, взятых при комнатной температуре, погрузили в горячую воду на одинаковое время. Изменилась ли их внутренняя энергия? Одинаково ли изменилось значение внутренней энергии этих брусков относительно друг друга? Ответ обоснуйте. Задача 4. В сосуде нагрели воду. Можно ли сказать, что внутренняя энергия воды увеличилась? Можно ли сказать, что воде передано некоторое количество теплоты? Ответ обоснуйте. Задача 5. После обработки на точильном круге зубило стало горячим. Зубило, вынутое из горна, тоже горячее. Одинакова ли причина повышения температуры зубила? Задача 6 В закрытой трубке находится капля ртути. Трубку с одного конца нагрели. Объясните, за счет какой энергии совершается работа по перемещению ртути в трубке. Задача 7. При трении головки спички о коробок спичка воспламеняется. Объясните явление. Задача 8. Спичка загорается при трении ее о коробок. Она вспыхивает и при внесении ее в пламя свечи. В чем сходство и различие причин, приведших к воспламенению спички? Задача 9. Можно ли сказать (см. предыдущую задачу), что внутренняя энергия спичечной головки увеличилась, что ей передано некоторое количество теплоты, что она нагрелась до температуры воспламенения? Задача 10. Почему воспламеняется горючее в капсюле патрона при ударе по ней бойком во время выстрела? Задача 11. В пробирку наливают немного воды, затыкают пробкой и нагревают воду. Спустя некоторое время пробка вылетает. Какие превращения энергии происходят в опыте? Задача 12. Со дна водоема всплывает пузырек воздуха. За счет чего увеличивается его потенциальная энергия? Задача 13. Объясните, почему происходит изменение внутренней энергии: а) при сжатии и расширении воздуха; б) при нагревании воды в кастрюле; в) при сжатии и растяжении резины; г) при таянии льда. Задача 14. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела в процессе совершения работы при: а) трении; б) ударе; в) сжатии. Задача 15. В одном сосуде разреженный газ. В другом таком же сосуде - сжатый. Какой газ имеет большую потенциальную энергию взаимодействия молекул и почему? Задача 16. Почему пила нагревается, если ею пилить длительное время? Задача 17. Объясните, на каком физическом явлении основан способ добывания огня трением. Задача 18. Почему коньки легко скользят по льду, а по стеклу, поверхность которого более гладкая, на коньках катится невозможно? Задача 19. Почему при вбивании гвоздя его шляпка нагревается слабо, а когда гвоздь уже вбит, достаточно нескольких ударов, чтобы сильно нагреть шляпку? Задача 20. Какие превращения энергии происходят при торможении движущегося автомобиля? Задача 21. Как изменяется внутренняя энергия газа в пузырьке, который поднимается со дня водоема? Задача 22. Почему шариковые подшипники у машин нагреваются меньше, чем подшипники скольжения? Задача 23. Что является причиной сильного нагревания и сгорания искусственных спутников Земли при вхождении их в нижние плотные слои атмосферы? Задача 24. При скоростной обработке металла температура в точках отделения стружки от изделия повышается на 800 – 900 . Объясните причину явления. Задача 25. При опиловке металла один ученик за 5 мин снял слой толщиной 2 мм. Другой ученик при обработке такой же детали за то же время снял слой толщиной 3 мм. Почему повысилась температура деталей? У какого из учащихся деталь после обработки приобрела более высокую температуру? Почему? Задача 26. Как объяснить, что при откачивании воздуха из баллона внутренняя энергия оставшейся части воздуха уменьшилась? §3. Виды теплопередачи. Качественные задачи. Задача 27. В стакан налит горячий чай. Как осуществляется теплообмен между чаем и стенками стакана? Задача 28. Как изменится внутренняя энергия нагретого тела при опускании его в холодную воду? Почему? Задача 29. Железная и медная заклепки имеют одинаковую массу и температуру. Заклепки опустили в холодную воду. Какая из них быстрее охладится? Задача 30. Почему нагретые детали в воде охлаждаются быстрее, чем на воздухе? Задача 31. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела в процессе теплообмена. Задача 32. Каким образом будет происходить теплообмен, если кипяток из стакана вылить в бочку, наполненную холодной водой? Когда этот процесс прекратится? Задача 33. Зачем канализационные и водопроводные трубы зарывают в землю на значительную глубину? Задача 34. Зачем ствол винтовки покрывают деревянной ствольной накладкой? Задача 35. В медный и стеклянный сосуд налили жидкость. Какой из стаканов быстрее примет температуру налитой жидкости? Задача 36. Почему вы обжигаете губы, когда пьете чай из металлической кружки и не обжигаете, когда пьете из чай из фарфоровой кружки (температура чая одинакова)? Задача 37. В каком чайнике вода скорее нагреется: в новом или в старом, на стенках которого имеется накипь? Задача 38. Если температура в комнате 16, то нам не холодно, но если войти в воду, температура которой 20, то мы ощущаем довольно сильный холод. Почему? Задача 39. При одинаковой температуре гранита и кирпича кирпич на ощупь кажется теплее гранита. Какой из этих строительных материалов обладает лучшей теплопроводностью? Задача 40. Зимой на улице металл на ощупь холоднее дерева. Какими будут казаться на ощупь металл и дерево в тридцатиградусную жару? Почему? Задача 41. Почему шерстяная одежда сохраняет теплоту лучше, чем хлопчатобумажная? Задача 42. Зачем на зиму приствольные круги земли у плодовых деревьев покрывают слоями торфа, навоза или древесных опилок? Задача 43. Прежде чем налить в стакан кипяток, в стакан опускаю чайную ложку. Для чего это делают? Задача 44. Зачем в южных широтах нашей Родины местные жители во время сильной жары носят шапки-папахи и ватные халаты? Задача 45. Какой дом теплее – деревянный или каменный, если толщина стен одинакова? Задача 46. Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы? Задача 47. Почему в безветрие пламя свечи устанавливается вертикально? Задача 48. Объясните, почему радиаторы центрального отопления ставят обычно под окнами. Задача 49. Как образуются бризы (местные ветры, дующие днем с моря на сушу, а ночью с суши на море)? Задача 50. Зачем в верхних и нижних частях корпусов проекционных аппаратов, больших электрических фонарей, киноаппаратов делают отверстия? Задача 51. В промышленных холодильниках воздух охлаждается с помощью труб, по которым течет охлажденная жидкость. Где надо располагать эти трубы – вверху или внизу помещения? Задача 52. Сильная струя воздуха, которая идет от вентилятора, создает прохладу. Можно ли этой струей сохранить мороженное в твердом виде? Задача 53. Почему в печах с высокими трубами тяга выше, чем в печах с низкими трубами? Задача 54. Почему в металлических печных трубах тяга меньше, чем в кирпичных трубах? Задача 55. Возможны ли конвекционные потоки в жидкостях или газах в искусственном спутнике Земли в состоянии невесомости? Задача 56. Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый? Задача 57. Зачем оболочку стратостата красят «серебряной» краской? Задача 58. Какие почвы лучше нагреваются солнечными лучами: черноземные или подзолистые, имеющие более светлую окраску? Задача 59. Зачем в железнодорожных вагонах-ледниках, служащих для перевозки фруктов, мяса, рыбы и других скоропортящихся продуктов, промежутки между двойными стенками заполняют войлоком или несколькими слоями каких-либо пористых веществ, а снаружи вагоны окрашивают в белый или светло-желтый цвет? Задача 60. В каком платье летом менее жарко: в белом или в темном? Объясните почему. Задача 61. Объясните назначение стеклянных рам в парниках. Задача 62. Почему вода в открытых водоемах нагревается солнечными лучами медленнее, чем суша? Задача 63. Почему горячая вода, оставленная в термосе, со временем охлаждается? Задача 64. Можно ли термос временно использовать как холодильник? §4. Расчет количества теплоты. Задача 65. Кубики, изготовленные из меди, стали и алюминия, массой 1 кг охлаждают на 1. На сколько Джоулей и как изменится внутренняя энергия каждого кубика? Задача 66. На что больше расходуется энергии: на нагревание чугунного горшка или воды, налитой в него, если их массы одинаковы? Задача 67. Алюминиевую и серебряную ложки одинаковой массы и температуры опустили в кипяток. Равное ли количество теплоты получили они от воды? Задача 68. По стальной и свинцовой заготовкам равных масс ударили молотком равное число раз. Какая из них больше нагрелась? Ответ обоснуйте. Задача 69. Термос, вместимость которого 3 л, наполнили кипятком. Через сутки температура воды в нем понизилась до 77. Определите, на сколько изменилась внутренняя энергия воды. Задача 70. В алюминиевом чайнике нагрели воду и построили графики зависимости количества теплоты, полученной чайником и водой, от времени нагревания. Постройте эти графики зависимости для чайника и для воды в одних координатных осях. Объясните результат. Задача 71. На одинаковых горелках нагревались вода, медь и железо равной массы. Постройте графики зависимости количества теплоты от времени нагревания для воды, для меди и для железа в одних координатных осях. Объясните результат.. Задача 72. Для изменения температуры нафталина, никеля и фарфора массой 1 кг на 1 соответственно требуется 130; 460; и 750 Дж энергии. Чему равна удельная теплоемкость этих веществ? Задача 73. Для нагревания золота, бронзы, никеля, глицерина и молока массой 2 кг на 1 соответственно расходуется 260; 760; 920; 4800 и 7800 Дж энергии. Чему равна удельная теплоемкость этих веществ? Задача 74. Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 1, передает ей 2,1 кДж энергии. Чему равна удельная теплоемкость камня? Задача 75. Какое количество теплоты потребуется для нагревания на 1 воды объемом 0,5 л; олова массой 500 г; серебра объемом 2 см3; стали объемом 0,5 м3; латуни массой 0,2 т? Задача 76. Стальная деталь массой 20 кг при обработке на токарном станке нагревается на 50. Сколько энергии израсходовано двигателем на нагревание детали? Задача 77. Стальное сверло массой 100 г при работе нагрелось от 15 до 115. Сколько энергии израсходовано двигателем на нагревание сверла? Задача 78. В каком отношении нужно взять объемы свинца и олова, чтобы их теплоемкости были одинаковы? Задача 79. Перед горячей штамповкой латунную болванку массой 15 кг нагрели от 15 до 750. Какое количество теплоты для этого потребовалось? Задача 80. Какое количество теплоты отдаст стакан кипятка (250 см3), остывая до температуры 14? Задача 81. Какое количество теплоты отдаст кирпичная печь массой 0,35 т, остывая с изменением температуры на 50? Задача 82. Какое количество теплоты выделилось при охлаждении чугунной болванки массой 32 кг, если ее температура изменилась от 1115 до 15? Задача 83. Какое количество теплоты потребуется, чтобы в алюминиевом котелке массой 200 г нагреть 1,5 л воды от 20 до кипения? Задача 84. В алюминиевой кастрюле, масса которой 800 г, нагревается вода, объем которой 5л, от 10 до кипения. Какое количество теплоты пойдет на нагревание кастрюли и воды? Задача 85. В железный душевой бак, масса которого 65 кг, налили холодной колодезной воды объемом 200 л. В результате нагревания солнечным излучением температура воды повысилась от 4 до 29. Какое количество теплоты получили бак и вода? Задача 86. Рассчитайте, какое количество теплоты отдаст кирпичная печь, сложенная из 300 кирпичей, при остывании от температуры 70 до 20. Масса одного кирпича 5 кг. Задача 87. Какое количество теплоты пойдет на нагревание воды от 15 до 25 в бассейне, длина которого 100 м, ширина 6 м и глубина 2 м? Задача 88. Для изменения температуры металлической детали массой 100 г от 20 до 40 потребовалось 280 Дж энергии. Определите, из какого металла сделана деталь. Задача 89. При охлаждении куска олова массой 100 г до температуры 32 выделилось 5 кДж энергии. Определите температуру олова до охлаждения. Задача 90. До какой температуры остынет 5 л кипятка в кастрюле, отдав в окружающее пространство 1680 кДж энергии? Задача 91. При охлаждении медного паяльника до 20 выделилось 30,4 кДж энергии. До какой температуры был нагрет паяльник, если его масса 200 г?
Задача 92. Для аквариума смешали 20 кг воды при 8, 6 кг воды при 50 и 10 кг воды при 40. Определить температуру смеси. Задача 93. Смешали 39 л воды при 20 и 21 л воды при 60. Определить температуру смеси. Задача 94. Смешали 6 кг воды при 42, 4 кг воды при 72 и 20 кг воды при 18. Определить температуру смеси. Задача 95. Сколько литров воды при 95 нужно добавить к 30 л воды при 25, чтобы получить воду с температурой 67? Задача 96. Смешали 0,4 м3 воды при 20 и 0,1 м3 воды при 70. Какова температура смеси при тепловом равновесии? Задача 97. В ванну налито 80 л воды при температуре 10. Сколько литров воды при 100 нужно добавить в ванну, чтобы температура смеси была 25? Задача 98. Чтобы охладить 2 л воды, взятой при 80, до 60, в нее добавляют холодную воду при 10. Какое количество холодной воды требуется добавить? Задача 99. Для приготовления ванны нужно смешать холодную воду при t1 = 11 с горячей при t2 = 66. Какое количество той и другой воды необходимо взять для получения V = 110 л воды при t3 = 36? Задача 100. В каком отношении нужно смешать две массы воды при температурах 50 и 0, чтобы температура смеси была 20? Задача 101. Необходимо смешать воду при 20 с водой при 100 для получения 300 л воды при 40. Сколько литров той и другой воды нужно взять? Задача 102. Паровой котел содержит 40 м3 воды при температуре 225. Какое количество воды при 9 было добавлено, если установилась общая температура 200? Задача 103. В паровой котел, содержащий 50 m воды при температуре 240, с помощью насоса добавили 3 m воды при температуре 10. Какая установится температура смеси? Задача 104. Для ванны нужно приготовить 300 кг воды при 36. В водогрейной колонке температура воды 70, а в водопроводе температура воды 10. Сколько той и другой воды нужно взять для приготовления ванны? Задача 105. В стеклянный стакан массой 0,12 кг при температуре 15 налили 0,2 кг воды при 100. Какая температура воды установилась в стакане? Задача 106. В стеклянный стакан массой 100 г налито 200 г воды. Температура воды и стакана 75. На сколько понизится температура воды при опускании в нее серебряной ложки массой 80 г при 15? Задача 107. Стальную деталь машины массой 0,3 кг нагрели до высокой температуры, а затем погрузили для закалки в масло, взятое при 10. Определить начальную температуру стальной детали, если масса масла 3 кг, а конечная температура установилась 30 (удельная теплоемкость масла равна ). Задача 108. Определить удельную теплоемкость свинца, зная, что 100 г свинца при 100 погрузили в алюминиевый калориметр массой 40 г, содержащий 240 г воды при 15, и температура смеси установилась 16. Проведите подобный опыт. Задача 109. В латунный калориметр массой 80 г, содержащий 200 г воды при температуре 20, был опущен кусочек алюминия массой 40 г при температуре 100. Температура смеси стала равной 23. Определить удельную теплоемкость алюминия. Задача 110. До какой средней температуры нагрелась стальная фреза массой 0,2 кг, если после погружения ее в алюминиевый калориметр массой 100 г, содержащий 178 г воды при температуре 16, установилась температура 22? Задача 111. Для определения температуры топки котла в нее внесли стальной шарик массой 20 г. Затем перенесли шарик в алюминиевый калориметр массой 60 г, содержащий 200 г воды при температуре 18. Температура смеси установилась 26. Определить температуру топки. Задача 112. Стальной резец массой 400 г нагрели до 800 и погрузили для закалки в 5 кг воды при 20. До какой температуры охладился резец? Задача 113. До какой температуры нагрелась во время работы стальная фреза массой 1 кг, если после опускания ее в калориметр температура 1 л воды повысилась от 11,3 до 30? Теплоемкость калориметра не учитывать. Задача 114. В сосуд, содержащий 2,35 кг воды при 20, опускают кусок олова, нагретого до 230; температура воды в сосуде повысилась на 15. Вычислить массу олова. Испарением воды пренебречь. Задача 115. Как велика масса стальной детали, нагретой предварительно до 500, если при опускании ее в сосуд, содержащий 18,6 л воды при 13, последняя нагрелась до 35? Испарением воды пренебречь. Задача 116. Чугунный брусок массой 0,2 кг, предварительно нагретый, опускают в сосуд, содержащий 0,8 кг керосина при 15. Окончательная температура керосина установилась 20. Определить первоначальную температуру бруска. Задача 117. Для определения удельной теплоемкости вещества проводят следующий опыт: пластинку массой 0,3 кг, предварительно нагретую до 85, опускают в алюминиевый калориметр массой 0,03 кг, содержащий 0,25 кг воды при 22. Общая конечная температура, установившаяся в калориметре, равна 28. Определить удельную теплоемкость вещества пластинки. Задача 118. В стеклянной колбе, масса которой 50 г, находилось 185 г воды при 20. В колбу вылили некоторое количество ртути при 100, и температура воды в колбе повысилась до 22. Определить массу ртути. Задача 119. Для определения температуры печи нагретый в ней стальной болт массой 0,3 кг бросили в медный сосуд массой 0,2 кг, содержащий 1,27 кг воды при 15. Температура воды повысилась до 32. Вычислить температуру печи. Задача 120. В латунный калориметр массой 200 г влили 400 г воды при 17 и опустили тело из серебра массой 600 г при 85. Вода нагрелась до 22. Определить удельную теплоемкость серебра. Задача 121. После опускания в воду, имеющую температуру 10, тела, нагретого до 100, через некоторое время установилась общая температура 40. Какой станет температура воды, если, не вынимая первого тела, в нее опустить еще одно такое же тело, нагретое до 100. Задача 122. Для измерения температуры воды, имеющей массу 66 г, в нее погрузили термометр, который показал 32,4. Какова действительная температура воды, если теплоемкость термометра 1,9 Дж/ и перед погружением в воду он показывал температуру помещения 17,8? Задача 123. В стакане содержится 250 см3 воды. Опущенный в стакан термометр показал 78. Какова действительная температура воды, если теплоемкость термометра 20 Дж/, а до опускания в воду он показывал 20? Задача 124. В калориметре смешиваются три химически не взаимодействующие жидкости массами 1 кг, 10 кг, 5 кг, имеющие соответственно температуры: 6, - 40, 60. Удельные теплоемкости жидкостей равны соответственно 2 , 4, 2. Определить температуру смеси. Задача 125. В каком отношении должны быть взяты массы m1 и m2 двух жидкостей с удельными теплоемкостями c1 и c2, начальными температурами T1 и T2 (T1>T2), чтобы общая температура после их смещения получилась равной T0? Теплоемкость сосуда, в котором находятся жидкости, не учитывать.
Задача 126. Вычислите, сколько энергии выделится при полном сгорании древесного угля массой 15 кг; керосина массой 200 г. Задача 127. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании бензина массой 5 кг; каменного угля массой 10 кг? Задача 128. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании пороха массой 25 г; торфа массой 0,5 т; каменного угля массой 1,5 т? Задача 129. Сколько теплоты выделится при полном сгорании сухих березовых дров объемом 5 м3? Задача 130. Сколько теплоты выделится при полном сгорании керосина объемом 0,25 м3; спирта объемом 0,00005 м3; бензина объемом 25 л; нефти объемом 250 л? Задача 131. На сколько больше теплоты выделится при полном сгорании бензина массой 2 кг, чем сухих березовых дров той же массы? Задача 132. Во сколько раз больше выделится теплоты при полном сгорании водорода массой 1 кг, чем при полном сгорании сухих березовых дров той же массы? Задача 133. Смешали бензин массой 2 кг и спирт массой 3 кг. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании полученного топлива? Задача 134. Смешали бензин объемом 1,5 л и спирт объемом 0,5 л. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании этого топлива? Задача 135. В печи сгорели сухие сосновые дрова объемом 0,01 м3 и торф массой 5 кг. Сколько теплоты выделилось в печи? Задача 136. К зиме заготовили сухие сосновые дрова объемом 2 м3 и каменный уголь массой 1,5 т. Сколько теплоты выделится в печи при полном сгорании в ней заготовленного топлива? Задача 137. При полном сгорании тротила массой 10 кг выделяется Дж энергии. Чему равна удельная теплота сгорания тротила? Задача 138. При сгорании пороха массой 3 кг выделилось 11400 кДж энергии. Вычислите удельную теплоту сгорания пороха. Задача 139. Сколько надо сжечь каменного угля, чтобы выделилось Дж энергии? Дж энергии? Задача 140. В топке котла парового двигателя сожгли торф массой 20 т. Какой массой каменного угля можно было бы заменить сгоревший торф (удельную теплоту сгорания торфа принять равной Дж/кг)? Задача 141. Сколько каменного угля нужно сжечь, чтобы получить столько же энергии, сколько ее выделяется при сгорания бензина объемом 6 м3? Задача 142. Сколько спирта надо сжечь, чтобы изменить температуру воды массой 2 кг от 14 до 50, если вся теплота, выделенная спиртом, пойдет на нагревание воды? Задача 143. Сколько воды, взятой при температуре 14, можно нагреть до 50, сжигая спирт массой 30 г и считая, что вся выделяемая при горении спирта энергия идет на нагревание воды? Задача 144. На сколько изменится температура воды объемом 100 л, если считать, что вся теплота, выделяемая при сгорании древесного угля массой 0,5, пойдет на нагревание воды? Задача 145. На сколько изменится температура воды, масса которой 22 кг, если ей передать всю энергию, выделившуюся при сгорании керосина массой 10 г? Задача 146. В чем заключается процесс сгорания топлива? В чем разница между сгоранием (нефти, угля) и взрывом (пороха, гремучего газа)? Задача 147. Определить КПД примуса, зная, что при сжигании 300 г керосина можно вскипятить 15 л воды, взятой при 10. Задача 148. На спиртовке нагрели 224 г воды от 15 до 75 и сожгли при этом 5 г спирта. Определить КПД спиртовки. Проведите подобный опыт. Задача 149. Каков КПД кузнечного горна, если для нагревания 2 кг стали на 1000 расходуется 0,6 кг кокса? Задача 150. На нагревание 2 л воды от 5 до 100 затрачено 0,1 м3 природного газа. Определить КПД горелки. Задача 151. Чтобы нагреть 1,8 кг воды от 18 до кипения на горелке с КПД 25% потребовалось 92 г горючего. Какова удельная теплота сгорания горючего? Задача 152. Определить КПД нагревателя, в котором израсходовано 80 г керосина для нагревания 3 л воды на 90. Задача 153. Какое количество воды можно нагреть от 15 до кипения на горелке с КПД 40%, если сжечь 100 л природного газа? Задача 154. Сколько времени потребуется, чтобы нагреть 1,55 л воды от 20 до 100, если горелка потребляет 0,3 кг спирта в час, а КПД ее 24%? Задача 155. На спиртовке нагревали воду массой 100 г от 16 до 71. При этом был сожжен спирт массой 10 г. Найти КПД установки. Задача 156. Для нагревания воды объемом 2 л, находящейся в алюминиевой кастрюле массой 400 г, от 15 до 75 был израсходован газ массой 30 г. Определить КПД газовой плиты, считая теплоту, израсходованную на нагревание сосуда, полезной. Как изменится результат, если полезной считать только теплоту, израсходованную на нагревание воды? Задача 157. Каково отношение масс спирта и бензина, если удельная теплота сгорания этих горючих веществ оказалась равной Дж/кг? Удельная теплота сгорания спирта Дж/кг и бензина Дж/кг.
Задача 158. Почему лед не сразу начинает таять, если его внести с мороза в натопленную комнату? Задача 159. Температура плавления стали 1400. При сгорании пороха в канале ствола орудия достигается температура 3600. Почему ствол орудия не плавится при выстреле? Задача 160. Два тигля с одинаковой массой расплавленного свинца остывают в помещениях с разной температурой. Какой график (см. рис.) построен для теплого помещения и какой – для холодного? Найдите различия в графиках и объясните причины этих различий. Задача 161. Почему зимой при длительных остановках воду из радиатора автомобиля выливают? Задача 162. Оболочки космических кораблей и ракет делают из тугоплавких металлов и специальных сплавов. Почему? Задача 163. При спаивании стальных деталей иногда пользуются медным припоем. Почему нельзя паять медные детали стальным припоем? Задача 164. Почему невозможно пользоваться очень маленьким паяльником при пайке массивных кусков меди или железа? Задача 165. Объясните на основании молекулярно-кинетической теории, почему не повышается температура в момент плавления и кристаллизации тела. Задача 166. Два одинаковых сосуда из полиэтилена заполнили водой, температура которой 0. Один сосуд поместили в воду, другой – в измельченный лед, имеющих, как и окружающий воздух, температуру 0. Замерзнет ли вода в каком-нибудь из этих сосудов? Задача 167. Можно ли заморозить воду расплавленным металлом? Задача 168. На рисунке ниже показано, как со временем изменяется температура при нагревании и охлаждении свинца. Твердому или жидкому состоянию соответствуют участки графика AB, BC, CD, GH? Что может быть причиной того, что участок GH круто падает вниз? Чему равны температуры плавления и кристаллизации свинца? Задача 169. График, приведенный на рисунке ниже, выражает зависимость температуры вещества при его нагревании и плавлении от времени. а) Какую температуру имело вещество в первоначальный момент? б) Через сколько времени от начала наблюдения температура достигла 635? в) Какова продолжительность перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое? г) Какому веществу соответствует график? Задача 170. Начертите график плавления меди, откладывая по вертикальной оси температуру в масштабе 20 в 1 см, а по горизонтальной – время в масштабе 10 мин в 1 см. Начальную температуру меди примите равной 1000, время нагревания до температуры плавления – 20 мин, а время перехода меди в жидкое состояние – 30 мин. Задача 171. Постройте примерный график для нагревания, плавления и кристаллизации олова. Задача 172. В сосуде находится лед при температуре –10. Сосуд поставили на горелку, которая дает в равные промежутки времени равное количество теплоты. Укажите, какой график (см. рисунок ниже) соответствует описанному случаю и в чем ошибочны другие графики. Задача 173. Внимательно рассмотрев график охлаждения и кристаллизации вещества (см. рисунок ниже), ответьте: а) Для какого вещества составлен график? б) Сколько времени охлаждалось вещество от 20 до температуры кристаллизации? в) Сколько времени длился процесс кристаллизации? г) О чем говорит участок графика DE? д) Как приблизительно расположились бы точки A, B, C относительно друг друга и точки 0, если бы при той же температуре окружающей среды был бы составлен график для того же вещества, но большей массы? Задача 174. Какому из двух тел одинакового объема – слитке алюминия или отливке из винца – надо передать большее количество теплоты и во сколько раз, чтобы перевести их из твердого состояния в жидкое при их температурах плавления? Задача 175. Возможно ли такое явление: физическое тело передает некоторое количество теплоты окружающей среде, но при этом не охлаждается (предполагается, что расход теплоты не восполняется). 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?
Задача 182. Во сколько раз требуется больше энергии для плавления льда при температуре 0, чем для изменения температуры той же массы льда на 1? Задача 183. Какое количество теплоты потребуется для плавления тел из нафталина, золота, платины массой 10 г, взятых при температуре плавления? Задача 184. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы расплавить лед массой 5 кг, если начальная температура льда 0; -1; -10? Задача 185. Какое количество теплоты необходимо для плавления куска свинца массой 1 г, начальная температура которого равна 27? олова массой 10 г, взятого при температуре 32? Задача 186. Сколько энергии требуется для плавления куска свинца массой 0,5 кг, взятого при температуре 27? Задача 187. Сколько энергии необходимо для плавления бруска из цинка массой 0,5 кг, взятого при температуре 20? Задача 188. Сколько энергии необходимо для плавления железного металлолома массой 4 т, если начальная температура железа равна 39? Задача 189. Масса серебра 10 г. Сколько энергии выделится при его кристаллизации и охлаждении до 60, если серебро взято при температуре плавления? Задача 190. Сколько энергии выделится при кристаллизации и охлаждении от температуры плавления до 27 свинцовой пластинки размером см? Задача 191. Из копильника вагранки для отливки детали выпустили расплавленное железо массой 50 кг. Какое количество теплоты выделилось при его кристаллизации и охлаждении до температуры 39? Задача 192. Для приготовления пищи полярники используют воду, полученную из расплавленного льда. Какое количество теплоты потребуется для того, чтобы расплавить лед массой 20 кг и полученную воду вскипятить, если начальная температура льда -10? Задача 193. Объем формы для пищевого льда 750 см3. Сколько энергии отдают вода и лед форме и окружающему ее воздуху в холодильнике, если начальная температура воды 12, а температура образовавшегося льда -5? Задача 194. Какое количество теплоты пошло на приготовление в полярных условиях питьевой воды из льда массой 10 кг, взятого при температуре -20, если температура воды должна быть равной 15? Задача 195. Сколько энергии выделилось при отвердевании и охлаждении до 25 заготовки маховика массой 80 кг, отлитой из белого чугуна? Удельную теплоемкость чугуна принять равной удельной теплоемкости железа. Температура плавления чугуна 1165. Задача 196. Свинцовая деталь массой 100 г охлаждается от 427 до температуры плавления, отвердевает и охлаждается до 27. Какое количество теплоты отдает деталь окружающим телам? (Удельную теплоемкость расплавленного свинца принять равной 170 .) Задача 197. В железной коробке массой 300 г мальчик расплавил 100 г олова. Какое количество теплоты пошло на нагревание коробки и плавление олова, если их начальная температура была равна 32? Задача 198. Железная заготовка, охлаждаясь от температуры 800 до 0, растопила лед массой 3 кг, взятый при 0. Какова масса заготовки, если вся энергия, выделенная ею, пошла на плавление льда? Задача 199. Чтобы охладить 4,5 л воды от 30 до 10, в воду бросают кусочки льда при 0. Какое количество льда потребуется для охлаждения воды? Задача 200. Для приготовления дроби расплавленный свинец при температуре плавления влили струями в воду с начальной температурой 17. Сколько потребовалось воды, чтобы охладить 40 кг свинцовой дроби при конечной температуре воды не выше 47? Задача 201. В сосуд, содержащий воду массой 100 кг при температуре 10, положили кусок льда, охлажденный до –50. После установления теплового равновесия температура ледяной массы оказалась равной –4. Какова масса куска льда? Задача 202. В калориметр налита вода массой 2 кг при температуре 5 и положен кусок льда массой 5 кг, имеющий температуру –4. Определите температуру и объем содержимого калориметра после установления теплового равновесия. Теплоемкостью калориметра и теплообменом со средой пренебречь. Задача 203. В сосуд, содержащий 10 кг воды при температуре 10, положили кусок льда, охлажденный до –50, после чего температура образовавшейся ледяной массы оказалась равной –4. Какое количество льда было положено в сосуд? Задача 204. Кусок свинца массой 1 кг расплавился наполовину при сообщении ему количества теплоты Дж. Какова была начальная температура свинца? Задача 205. Тигель, содержащий некоторое количество олова, нагревается электрическим током. Выделяемое в единицу времени количество теплоты постоянно. За 10 мин температура олова повышается от 20 до 70. Спустя еще 83 мин олово полностью расплавилось. Найти удельную теплоемкость олова. Задача 206. Чтобы охладить 200 г воды, имеющей температуру 25, в нее бросают взятые из холодильника ледяные брусочки объемом 6,4 см3, температура которых –5. Сколько надо бросить брусочков для охлаждения воды до 5? Задача 207. В стальной сосуд массой 300 г налили 1,5 л воды при 17. В воду опустили кусок мокрого снега массой 200 г. Когда снег растаял, установилась температура 7. Сколько воды было в комке снега? Задача 208. В воду массой 1,5 кг положили лед, температура которого 0. Начальная температура воды 30. Сколько нужно взять льда, чтобы он весь растаял? Задача 209. В калориметре находятся лед и вода при температуре 0. Масса льда о воды одинакова и равна 500 г. В калориметр вливают воду массой 1 кг при температуре 50. Какая температура установится в нем? Задача 210. В углубление, сделанное во льду, вливают свинец. Сколько было влито свинца, если он остыл до температуры 0 и растопил лед массой 270 г? Начальная температура льда 0, свинца 400. Задача 211. В термос с водой поместили лед при температуре –10. Масса воды 400 г, масса льда 100 г, начальная температура воды 20. Определите конечную температуру воды в термосе. Задача 212. В медном сосуде массой 400 г находится вода массой 500 г при температуре 40. В воду бросили кусок льда при температуре –10. Когда установилось тепловое равновесие, остался нерасплавленный лед массой 75 г. Определите начальную массу льда. Задача 213. Кусок льда массой 700 г поместили в калориметр с водой. Масса воды 2,5 кг, начальная температура 5. Когда установилось тепловое равновесие, оказалось, что масса льда увеличилась на 64 г. Определите начальную температуру льда. Задача 214. В калориметр с водой объемом 1 л опустили мокрый снег. Масса снега 250 г, начальная температура воды 20. После плавления снега температура воды в калориметре стала равной 5. Сколько воды содержалось в снегу? Задача 215. 1 кг льда, взятому при температуре –50, сообщили 520 кДж теплоты. Построить график зависимости температуры от времени поступления теплоты. Скорость поступления теплоты постоянная. Задача 216. В сосуд с водой с общей теплоемкостью 1,5 кДж/К при температуре 20 поместили 56 г льда при температуре –8. Какая установится температура? Задача 217. В сосуд с водой с общей теплоемкостью 1,7 кДж/К при 20 поместили 100 г льда при –8. Какая температура установится в сосуде? Задача 218. В медный калориметр массой 100 г, содержащий воду массой 50 г при температуре 5, опустили лед при температуре –30. Масса льда 300 г. Какая температура установится в калориметре? Задача 219. При 0 почва покрыта слоем снега толщиной 10 см и плотностью 500 кг/м3. Какой слой дождевой воды при 4 расплавит весь слой снега? Задача 220. Сколько потребуется каменного угля, чтобы расплавить 1000 кг серого чугуна, взятого при температуре 50? Тепловая отдача вагранки 60%. Задача 221. В плавильной печи сожгли 0,1 m угля и расплавили 2 m меди, взятой при 23. Определить КПД печи. Задача 222. Сколько керосина нужно сжечь в примусе с КПД 40%, чтобы расплавить 4 кг льда, взятого при –10, если q = 42000 кДж/кг? Задача 223. В 480 г воды при 22 бросили кусок льда при температуре –8. Сколько бросили льда, если температура смеси установилась 12? Задача 224. Определить КПД вагранки, работающей на коксе, если кокса расходуется 300 кг, а серого чугуна расплавляется 1,5 m при начальной температуре 20. Задача 225. Сколько кокса потребуется для расплавления 4 m серого чугуна, взятого при температуре 30, если КПД вагранки 12%? Задача 226. Сколько меди можно расплавить в плавильной печи с КПД 30%, сжигая 2 m кокса, если начальная температура меди 20? Задача 227. Вода при соблюдении некоторых предосторожностей может быть переохлаждена до температуры -10. Такое состояние воды неустойчиво, и при любом возмущении вода превращается в лед с температурой 0. Какова масса льда, образовавшегося из переохлажденной воды, масса которой 1 кг? Считать, что удельная теплоемкость воды не зависит от температуры и равна ее табличному значению. Задача 228. К воде, переохлажденной до температуры -12, бросили маленький кусочек льда. Какая часть массы воды превратится в лед? Задача 229. Железный шарик радиусом 1 см, нагретый до 120, положили на лед. На какую глубину погрузится шарик в лед? Плотность льда и воды считать одинаковой. Температура окружающей воды 0. Задача 230. До какой температуры надо нагреть алюминиевый куб, чтобы он, будучи положен на лед, полностью в него погрузился? Температура льда 0, плотность 920 . Задача 231. Для определения удельной теплоты плавления олова был проделан такой опыт: 100 г расплавленного олова при температуре 250 влили в алюминиевый калориметр массой 60 г, содержащий 200 г воды при 10. Окончательная температура установилась 23. Определить удельную теплоту плавления олова, принимая удельную теплоемкость жидкого олова равной удельной теплоемкости твердого олова (СИ). Проведите подобный опыт в физическом кабинете. Задача 232. При температуре -5 каждый квадратный метр поверхности водоема теряет каждый час 168 кДж теплоты. Найти толщину слоя льда, образовавшегося за сутки, если температура воды на поверхности водоема 0. Задача 233. При изготовлении льда в комнатном холодильнике требуется 5 мин для охлаждения воды от 4 до 0 и еще 1 ч 40 мин, чтобы превратить ее в лед. Определить удельную теплоту плавления льда. §4. Испарение и кипение. Качественные задачи. Задача 234. Почему температура воды в открытом стакане всегда бывает немного ниже температуры воздуха в комнате? Задача 235. В один стакан налили эфир при температуре 20, в другой – воду при той же температуре. В стаканы опустили термометры. Какой из них будет показывать более низкую температуру? Задача 236. Почему в комнате после мытья пола становится прохладнее? Задача 237. Почему написанное тушью просыхает быстрее, чем написанное чернилами? Задача 238. Почему после дождя становится холоднее? Задача 239. Почему мокрое развешенное белье, скошенная трава высыхают быстрее в ветреную погоду? Задача 240. Почему пловец, вышедший из воды, ощущает холод, и это ощущение особенно сильно в ветреную погоду? Задача 241. Мокрое белье, вывешенное зимой во дворе, замерзает. Но через некоторое время оно становится сухим, даже при сильных морозах. Чем это можно объяснить? Задача 242. Почему вода, пролитая на пол, высыхает значительно быстрее, чем такое же количество воды в стакане? Задача 243. Зачем овощи и фрукты, предназначенные для сушки, разрезают на тонкие ломтики? Задача 244. В листву дерева непрерывно поступает большое количество воды из почвы через корни и ствол дерева. Куда девается эта вода? Задача 245. На чашки рычажных весов поставили и уравновесили стакан с холодной водой и стакан с горячим чаем. Почему равновесие быстро нарушилось? Задача 246. Объясните на основе представления о молекулах такой факт: температура эфира значительно понижается, если его вылить из закрытой склянки в открытый сосуд. Задача 247. Для музыкальных инструментов очень сухой воздух вреден. Объясните, почему в комнате, где находится пианино рекомендуется держать аквариум. Задача 248. Зачем при скоростной обработке металлов на станках на резцы направляется струя распыленной жидкости? Задача 249. Люди, плохо переносящие жару, пользуются летом на открытом воздухе зонтом, а в помещении – веером. Объясните охлаждающее действие этих предметов. Задача 250. Почему летним утром туман «рассеивается» с первыми лучами солнца? Задача 251. Подышите на зеркало и объясните, что произошло при этом на его поверхности. Задача 252. Почему в банях и прачечных некоторые металлические трубы, по которым подается вода, покрыты капельками воды, тогда как поверхность других труб сухая? Задача 253. При безоблачном небе выпадает, обычно, больше утренней росы, чем при пасмурном. Какова причина такого явления? Задача 254. Над чайником с кипящей водой почти не видно пара, пока чайник стоит на пламени газовой плиты. Однако тотчас после выключения горелки пар на некоторое время становится виден. Объясните это явление. Задача 255. Как объяснить на основании молекулярно-кинетической теории о строении вещества охлаждение жидкости при испарении? Задача 256. Почему самовар с раскаленными углями не распаивается, когда в него налита вода, и распаивается, когда воды в нем нет? Задача 257. В двух сосудах конической и сферической формы с одинаковой площадью дна налита вода одинаковой массы. В каком сосуде вода закипит быстрее, если их поставить на одну и ту же электрическую плиту? Задача 258. На рисунке показано, как со временем изменяется температура при нагревании и охлаждении воды. Какому состоянию воды соответствуют участки графика AB, BC? Объясните, почему участок BC параллелен оси времени. Задача 259. В чем проявляется закон сохранения и превращения энергии при парообразовании и конденсации пара? Задача 260. На рисунке даны графики нагревания и кипения жидкостей одинаковой массы: воды, спирта, эфира. Определите, какой график построен для воды, какой – для спирта, какой – для эфира. Задача 261. Что обладает большей внутренней энергией: вода при температуре 100 или ее пар той же массы при той же температуре? Задача 262. Как и на сколько изменится внутренняя энергия пара массой 1 г при его конденсации, если он имеет температуру 100? Задача 263. Две жидкости (А, В) равных масс нагревают на одинаковых горелках до кипения. Определите по графикам (см. рисунок), у какой жидкости выше температура кипения; больше удельная теплоемкость; больше удельная теплота парообразования. Задача 264. Почему не кипит вода в открытой стеклянной пробирке, опущенной в кипящую воду? Задача 265. В каком состоянии в жидком при 100 или в газообразном при той же температуре 1 г воды имеет меньшую внутреннюю энергию: ? Задача 266. Как заставить воду кипеть, подвергая ее охлаждению? Задача 267. В каком агрегатном состоянии находится при нормальном давлении каждое из следующих веществ: спирт при 100, кислород при -200, железо при 2000, эфир при 45, вода при 173, цинк при 980? Задача 268. Закипит ли медь, если кусочек ее погрузить в жидкий свинец, нагретый до температуры его кипения? Изменится ли ответ, если все будет сделано наоборот: кусочек свинца брошен в кипящую медь?