Удельная теплоемкость льда задачи

Удельная теплоемкость льда задачи

Тема. Решение задач по теме «Фазовые превращения»

Добиться понимания у учащихся понятия фаз вещества, показать, что, как правило, фазовые превращения сопровождаются поглощением или выделением энергии.

Прежде всего, сформулировать понятие фазы. Повторить, при каких условиях вещество может переходить из одной фазы в другую.

Для проведения занятия учащимся предлагается несколько задач с объяснением их решения и задачи для самостоятельного решения.

Качественные вопросы

1. Что такое фаза вещества?

2. Сколько фаз вещества может существовать одновременно?

3. Что называется плавлением вещества?

4. Изменяется ли температура вещества при плавлении?

5. Что называется парообразованием?

6. Какие два способа парообразования существуют?

7. Что называется удельной теплоемкостью?

8. Что называется удельной теплотой плавления?

9. Что называется удельной теплотой парообразования?

10. Что такое критическая температура?

Примеры решения задач

Задача 1. На какую высоту можно было бы поднять груз m = 10 3 кг, если бы удалось полностью использовать энергию, освобождающуюся при остывании 1 л воды от t ₁ = 100 ° C до t ₂ = 20 ° C ?

Решение

При остывании воды освобождается энергия

,

где m ₁ = r V – масса воды, с – удельная теплоемкость воды, равная 4,19 × 10 3 Дж/кг × град.

Для того чтобы поднять груз m на высоту h должна быть выполнена работа

.

Следовательно, ,

м.

Подстановка числовых данных приводит к ответу

м.

Ответ: м.

Задача 2 . На сколько градусов нагреется вода, падая с высоты h , если k —ая часть выполненной при ее падении работы тратится на нагревание воды?

Решение

Работа, выполненная при падении с высоты h , равна потенциальной энергии, которую имела масса воды m на этой высоте.

; ;

.

Ответ: : .

Задача 3. Какое количество теплоты Q нужно затратить на превращение m = 2 кг льда, взятого при t ₁ = –10 ° C в пар при температуре t ₂ = 100 ° C ?

Решение

На нагревание льда до 0 ° С затрачивается количество теплоты ,

на плавление m l ,

на нагревание получившейся воды ,

на ее испарение mr ,

с₁ – удельная теплоемкость льда, с₁ = 2,1∙10 3 Дж/кг∙К;

l – удельная теплота плавления, l = 335∙10 3 Дж/кг;

r – удельная теплота парообразования, r = 2260∙10 3 Дж/кг;

с – теплоемкость воды, с = 4,19∙10 3 Дж/кг∙К.

.

Подстановка числовых данных приводит к ответу:

Дж.

Задача 4. В сосуде, из которого быстро выкачивают воздух, находится небольшое количество воды при 0 ° С. Из-за интенсивного испарения происходит постепенное замораживание воды. Какая часть первоначального количества воды может быть таким образом превращена в лед?

Решение

Пусть т – первоначальная масса воды, т₁ – масса воды, превращающаяся в лед, т₂ – масса воды, превращающаяся в пар. Теплота, необходимая для образования пара, может быть получена только за счет теплоты, выделяющейся при замерзании воды.

Обозначим выделяющуюся при замерзании воды теплоту , а теплоту пошедшую на образование пара – . Очевидно, что . Но , где l – удельная теплота плавления, а , где r – удельная теплота парообразования.

,

.

Учитывая, что , получим

.

Отсюда , .

Дж/кг,

Дж/кг,

.

Таким образом, в лед может быть превращено 0,87 первоначальной массы воды.

Ответ: .

Задача 5. Вода, температура которой ° С, поставлена на электрическую плиту. Спустя время мин, вода закипела. Через какое время вода полностью испарится?

Решение

Теплота Q , необходимая для испарения воды, нагретой до кипения , где r – удельная скрытая теплота парообразования, т – масса воды.

Пусть от плиты за единицу времени поступает теплота q , тогда

(1)

Теплота , поступившая от плиты за время и нагревшая воду до температуры кипения , равно

,

где с – удельная теплоемкость воды.

Масса воды отсюда:

. (2)

Подставляя (2) в (1), получаем

.

.

Дж/кг.

Дж/кг,

час.

Ответ: час.

Задачи для самостоятельного решения

1. В бак, содержащий воду с массой кг при температуре ° С, бросили кусок железа с массой кг, нагретый до температуры ° С. При этом некоторая масса воды обратилась в пар. Конечная температура, установившаяся в баке, равна ° С. Определить массу т воды, обратившейся в пар.

Ответ: кг.

2. Определить какую массу свинца т, взятого при ° С, можно расплавить за счет теплоты, полученной при сгорании кг нефти, если к.п.д. нагревателя . Удельная теплота сгорания нефти МДж/кг.

Ответ: .

3. При помещении в переохлажденную воду небольшого кристаллика льда вода немедленно замерзает. Какая масса льда т образует из кг воды охлажденной до ° С?

Ответ: кг.

4. В сосуде находилась вода при ° С. Выкачивая из сосуда воздух, заморозили воду посредством собственного испарения. Какая часть воды испарилась, если притока извне нет?

Ответ: .

5. Лед массой т = 5 кг при ° С опустили в воду при ° С. Масса воды кг. Какую температуру будет иметь вода, когда весь лед растает?

Удельная теплоемкость воды Дж/кг × К; удельная теплоемкость льда Дж/кг × К; удельная теплота плавления льда Дж/кг.

Ответ: .

1. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика. Т.3. Строение и свойства вещества – Москва – Санкт-Петербург. Физматлит. Невский диалект. Лаборатория Базовых Знаний, 2001. С. 229-235.

2. Белолипецкий С.Н., Еркович О.С., Казаковцева В.А., Цвецинская Т.С. Задачник по физике – Москва. Физматлит, 2005.

3. Готовцев В.В. Лучшие задачи по механике и термодинамике. Москва-Ростов-на-Дону, Издательский центр «Март», 2004. С. 256-268.

Источник