Теплота и тепловое равновесие
Что произойдет с температурой воды после размещения алюминиевой детали массой 0,2 кг в калориметр, в котором содержится
Что произойдет с температурой воды после размещения алюминиевой детали массой 0,2 кг в калориметр, в котором содержится 80 г воды при 0 °С, когда устанавливается тепловое равновесие?
22.11.2023 22:44
Написать свой ответ:
Описание: При размещении алюминиевой детали массой 0,2 кг в калориметр с 80 г воды при 0 °С, произойдет теплообмен между деталью и водой до достижения теплового равновесия. В процессе теплообмена алюминиевая деталь передаст тепло воде.
Для решения этой задачи мы можем использовать уравнение теплообмена, которое выражается следующим образом:
Q = m * c * ΔT
где Q - теплота, m - масса вещества, c - удельная теплоемкость вещества, ΔT - изменение температуры.
Удельная теплоемкость воды равна 4,2 Дж/(г*°C), а масса алюминиевой детали равна 0,2 кг. Давайте рассчитаем теплоту, которую передаст алюминиевая деталь воде.
Q = 0,2 кг * c * ΔT
Тепловое равновесие достигается, когда температура воды и алюминиевой детали становится одинаковой. Пусть ΔT обозначает изменение температуры для обоих веществ. Тогда:
Q = 0,2 кг * 4,2 Дж/(г*°C) * ΔT
Теперь нам необходимо использовать закон сохранения энергии, который гласит, что переданная теплота одного вещества равна полученной теплоте другого вещества:
Qвода = Qалюминий
0,2 кг * 4,2 Дж/(г*°C) * ΔT = 80 г * 4,2 Дж/(г*°C) * ΔT
Граммы сократятся, и мы получим:
0,2 кг * ΔT = 80 * ΔT
Сократим ΔT:
0,2 кг = 80
Отсюда следует, что температура воды не изменится после размещения алюминиевой детали в калориметре.
Объяснение: Когда алюминиевая деталь массой 0,2 кг размещается в калориметре, происходит теплообмен между деталью и водой, что приводит к установлению теплового равновесия. В начале эксперимента температура воды составляет 0 °C, а деталь имеет свою начальную температуру.
Алюминий обладает высокой теплопроводностью, поэтому тепло быстро передается от детали к воде. В ходе процесса установления теплового равновесия тепло начинает распределяться между деталью и водой. Тепло от детали передается воде, пока их температуры не выравниваются.
Согласно закону сохранения энергии, сумма переданного количества тепла равна нулю. Это означает, что потери тепла от алюминиевой детали компенсируются набором тепла водой. Поэтому в итоге температура воды увеличивается, а температура алюминиевой детали снижается до достижения теплового равновесия.
Дополнительный материал: Допустим, начальная температура алюминиевой детали равна 100 °C. Какая будет температура воды после установления теплового равновесия?
Совет: Чтобы лучше понять эту концепцию, рекомендуется изучить законы термодинамики, а также проследить, как тепло передается между объектами.
Задача на проверку: В калориметре находятся 200 г воды при температуре 25 °C. В калориметр помещают медный блок массой 0,5 кг, который имел начальную температуру 80 °C. Что будет температура воды после установления теплового равновесия? (Учитывайте только взаимодействие между медным блоком и водой, пренебрегая потерями тепла в окружающую среду.)