Какова масса стальной детали, если при охлаждении на 200 градусов она выделяет тепловое количество в размере

Тема урока: Тепловое расширение вещества

Описание: Ответ на эту задачу можно получить, используя понятие теплового расширения вещества. Когда вещество нагревается или охлаждается, оно меняет свои размеры из-за изменения средней кинетической энергии его молекул. Коэффициент линейного расширения, или альфа, является мерой изменения размера вещества при изменении температуры на 1 градус Цельсия. Формула для вычисления изменения размера при изменении температуры:

ΔL = α * L0 * ΔT

Где ΔL - изменение длины, α - коэффициент линейного расширения, L0 - изначальная длина, ΔT - изменение температуры.

Чтобы найти массу стальной детали, нам понадобится использовать закон сохранения энергии. В данном случае, выделяемое количество тепла (Q) равно работе, совершенной над деталью (A), умноженной на коэффициент линейного расширения (α), и изменению температуры (ΔT):

Q = A * α * ΔT

Масса стальной детали связана с работой (A) через формулу:

A = m * c * ΔT

Где m - масса стальной детали, c - удельная теплоемкость стали. Подставив это в уравнение для выделяемого количества тепла, получим:

Q = m * c * ΔT * α * ΔT

Мы можем решить это уравнение относительно массы m:

m = Q / (c * α * ΔT^2)

Демонстрация: Пусть у нас есть значения Q = 1 миллиджоуля, α = 12 * 10^-6 (коэффициент линейного расширения для стали), ΔT = 200 градусов Цельсия, и c = 450 Дж/(кг * градус Цельсия). Подставив эти значения в формулу, мы получим:

m = (1 * 10^-3) / (450 * 12 * 10^-6 * (200)^2)

Вычисляя эту формулу, мы получим массу стальной детали.

Совет: Для лучшего понимания теплового расширения и решения задач, рекомендуется изучить материалы о физическом понятии коэффициента линейного расширения и законе сохранения энергии. Понимание этих основных концепций поможет лучше осознать решение подобных задач.

Проверочное упражнение: Предположим, у вас есть стальной стержень, изначально имеющий длину 1 метр при температуре 20 градусов Цельсия. Как изменится длина стержня, если его температуру повысят до 100 градусов Цельсия? Коэффициент линейного расширения стали равен 0.000012 1/градус Цельсия.

Тема: Расчет массы стальной детали

Пояснение: Для решения данной задачи нам понадобится закон сохранения энергии и знание теплоемкости стали. Закон сохранения энергии гласит, что изменение внутренней энергии системы равно сумме работы, совершенной над системой, и теплоте, полученной системой. В данном случае, мы имеем только теплоту, полученную системой, которая равна 1 миллиджоулю (1 x 10^-3 Дж).

Также нам понадобится знание о теплоемкости стали, которая составляет примерно 0.46 Дж/градус.

Массу стальной детали можно найти, используя следующую формулу:

Масса = Переданная теплота / Теплоемкость

Подставляя значения в формулу, получим:

Масса = 1 x 10^-3 / 0.46 ≈ 0.002173 г (округляем до 4 знаков после запятой)

Таким образом, масса стальной детали при охлаждении на 200 градусов составляет примерно 0.002173 г.

Совет: Для более глубокого понимания этого материала, рекомендуется изучить закон сохранения энергии и понятие теплоемкости. Также полезно провести дополнительные упражнения и примеры расчета массы для различных материалов.

Проверочное упражнение: Какова масса алюминиевой детали, если при нагревании на 100 градусов она поглощает 500 миллиджоулей теплоты? (Теплоемкость алюминия составляет 0.897 Дж/градус)