РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ ПЕРШОЇ ГРУПИ
Задачі першої групи зводяться до знаходження температури суміші, питомої теплоємності твердого тіла, або рідини. Вони не викликають труднощів, а тому ми тільки покажемо схематичне розв’язування таких задач. Вважаємо за доцільне довести теорему про середню температуру суміші, щоб можна було її використовувати при розв’язуванні задач без доведення.
Задача1. Яка загальна температура встановиться, якщо в латунний калориметр масою 150 г з 200 г води при температурі 12 °С опустити залізну гирю масою 250 г, нагріту до 100 °С?
Задача 2. В калориметр теплоємністю 63 Дж/К налито 250 г олії при
12 °С. Після того як в олію опустили мідне тіло масою 500 г при 100 °С встановилась загальна температура 33 °С. Яка питома тепло ємність олії за даними досліду?
За законом збереження енергії в процесах теплообміну маємо:
або
Звідси знаходимо питому теплоємність олії:
РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ ДРУГОЇ ГРУПИ
Є два методичних підходи до розв’язування цих задач.
1) Якщо в теплообміні беруть участь кілька тіл, то сумарна кількість теплоти дорівнює нулю. Тобто
2) Якщо в теплообміні приймають участь кілька тіл, кількість теплоти, яку віддають тіла, що охолоджуються, повинна дорівнювати кількості теплоти, яку одержують тіла, що нагріваються. Це твердження називається рівнянням теплового балансу
|
|
|
Задача 1. В калориметр з 250 г води при 15 °С вкинули 20 г мокрого снігу. Температура в калориметрі знизилась на 5 °С. Скільки води було в снігу? Теплоємністю калориметра знехтувати.
Задача 2. Суміш з 5 кг льоду і 15 кг води при 0 °С, потрібно нагріти до 80 °С, пропускаючи через неї водяну пару при 100 °С. Яку кількість пари потрібно для цього? Теплоємністю посудини знехтувати.
Кількість теплоти, яку віддає пара при конденсації,
де т3 — маса пари.
Конденсована вода віддає тепло, охолоджуючись від температури t 2 до t 1:
Задача 4. Шматок льоду масою 5 кг при температурі -ЗО °С опустили у воду, температура якої 70 °С. Маса води 20 кг. Яка буде температура води, копи весь лід розтане? Теплообміном з навколишнім середовищем знехтувати.
Сумарна кількість теплоти, яку одержав лід, а потім вода, дорівнює кількості теплоти, яку віддала вода, що була при температурі t1:
Q4=m1cв(t1-t).
Запишемо рівняння теплового балансу:
РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ ТРЕТЬОЇ ГРУПИ
Задачі третьої групи найскладніші. Тому ми розглянемо кілька методів і прийомів їх розв’язування.
Задача 1. В калориметрі знаходиться вода масою т1 - 400 г при температурі t1 = 5 °С. До неї долили ще т2 - 200 г води при температурі t2 = 10 °С і поклали т3 = 400 г льоду з температурою t3 = -60 °С. Яка температура θ встановилася в калориметрі? Як змінилась маса льоду?
|
|
|
Вона може виділитися тільки за рахунок замерзання води масою
Отже при встановленні теплової рівноваги маса льоду збільшиться на Δт =100 г і складе
Відповідь: О °С, маса льоду збільшиться до 500 г.
Задача 2 . У воду масою тв і температурою tв опускають лід масою тл і температурою t л, а також впускають пару масою mп і температурою
tn =100 °С. Яким буде склад системи вода—лід—пара після встановлення теплової рівноваги?
РОЗВ'ЯЗУВАННЯ КОМБІНОВАНИХ ЗАДАЧ
Задача 1. Побудувати графік залежності температури в калориметрі від часу, якщо кількість теплоти, яку отримує система за одиницю часу стала і дорівнює q = 100 Дж/с. В калориметрі знаходиться маса m =1 кг льоду при температурі t1 = -20 °С.
Задача 2. З якою швидкістю свинцева куля повинна вдаритись об перешкоду, щоб наполовину розплавитись, якщо при ударі на нагрівання кулі йде 60 % її кінетичної енергії? Температура кулі до удару 27 °С.
|
|
|
Звідси
Задача 3. В герметично закритій посудині в воді плаває кусок льоду масою 0,1 кг, в який вмерзла дробинка масою 5 г. Яка кількість теплоти потрібна для того, щоб дробинка почала тонути? Температура води в посудині 0 °С.
Якщо масу льоду, що залишилась, позначити ті, то для того, щоб дробинка почала тонути, потрібно:
 |
Для випадку, коли внутрішня енергія витрачається на перетворення твердого тіла (льоду), що має температуру нижчу за 0 °С у пару, графік залежності температури від кількості витраченої внутрішньої енергії зображають так:
 |
Аналізуючи графік, можна встановити, що енергія витрачається так:
1) нагрівання льоду від -10 °С до 0 °С.
2) плавлення його при незмінній температурі — 0 °С;
3) нагрівання утвореної води від 0 °С до 100 °С;
4) перетворення води в пару при сталій температурі 100°С.
Загальна кількість витраченої енергії дорівнює сумі цих чотирьох
доданків.
У випадку, коли треба обчислити внутрішню енергію, що виділилась під час зворотних процесів, користуються таким графіком:
Наводимо приклад задачі на складання рівняння теплового балансу з використанням графіка:
Задача 4. В 1 л води, температура якої 20 °С, кидають шматок заліза масою 100 г, нагрітий до 500 °С. При цьому частина води перетворюється в пару. Остаточна температура води 24 °С. Визначити масу води, що перетворилася в пару.
|
|
|
Записуємо коротко умову задачі, враховуючи, що об’єм води відомий, і його можна використати для визначення її маси. Вода нагрівається і частково перетворюється в пару. Розв’язуємо задачу в СІ.
Використана література:
1. Михайлик П.Я., Нікіфоров І. І., Кривобок А. А., Готуємося до фізичних олімпіад. К. «Редакція загально педагогічних газет», 2005.
2. Івах І.В., Кікець М.Г., Методика розв’язування задач з фізики, «Радянська школа»,1966.
3. Гончаренко С.У., Конкурсні задачі з фізики, «Техніка», 1968.
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 976; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!