Какая должна быть минимальная удельная теплоёмкость материала болта, чтобы после опускания его в калориметр растаял

Тема: Удельная теплоемкость материала

Пояснение: Удельная теплоемкость материала – это количество теплоты, которое необходимо передать единице массы данного материала, чтобы повысить его температуру на 1 градус Цельсия. Для определения минимальной удельной теплоемкости материала болта, чтобы весь лёд растаял после опускания его в калориметр, мы можем использовать уравнение теплообмена.

Масса воды (m1) в калориметре равна 50 г, а масса льда (m2) равна 5 г. Следовательно, масса льда после его всего расплавления будет равна массе воды.

Тепло, переданное от болта к льду, равно теплу, необходимому для плавления льда:

Q = m2 * L,

где Q - переданное тепло, m2 - масса льда, L - удельная теплота плавления льда.

Тепло, переданное от болта к воде, равно:

Q = m1 * c1 * ΔT1,

где c1 - удельная теплоемкость воды, ΔT1 - изменение температуры воды.

После того, как лёд полностью расплавится, система будет находиться в тепловом равновесии. Это означает, что температура воды и льда будет одинаковой и равной 0°C. Обозначим эту температуру как Т. В то же время, болт будет иметь температуру Т+ΔТ, где ΔТ – изменение температуры болта.

Из уравнения теплообмена получаем:

m2 * L = m1 * c1 * ΔT1,

где ΔT1 = Т+ΔТ - 0,

следовательно,

L = c1 * (Т+ΔТ).

Известно, что масса болта равна 50 г, его начальная температура 339 К и теплота плавления льда L равна 334 Дж/г. Подставляя известные значения в уравнение, получаем:

334 = c1 * (Т+ΔТ).

Таким образом, минимальная удельная теплоемкость (с1) материала болта должна быть равна 1 Дж/(г*К).

Совет: Для более глубокого понимания удельной теплоемкости и уравнения теплообмена, рекомендуется ознакомиться с основами законов термодинамики и энергетики.

Задание: Какова будет масса воды (m1), если масса болта (m2) равна 100 г, температура болта равна 400 К, а удельная теплоемкость воды (c1) равна 4,18 Дж/(г*К)?

(Ответ: m1 = 100 г)