Термодинамический эксперимент для определения материала цилиндра
Лёша обнаружил в классе физики полированный цилиндр и захотел узнать, из какого материала он сделан - из олова
Лёша обнаружил в классе физики полированный цилиндр и захотел узнать, из какого материала он сделан - из олова или железа. Лёша прочитал в справочнике, что плотности железа и олова отличаются не больше, чем на 10%, но их удельные теплоемкости различаются почти в два раза: 250 Дж/(кг-°C) для олова и 460 Дж/(кг-°C) для железа. Чтобы определить материал цилиндра, было решено провести термодинамический эксперимент. Лёша налил полиэтиленовый калориметр массой 100 г холодной воды при комнатной температуре 23 °C. Затем Лёша поместил цилиндр в горячую воду, которая имела температуру 50,5 °С. После
25.11.2023 04:45
Написать свой ответ:
Описание: Для определения материала цилиндра Лёша провел термодинамический эксперимент, используя закон сохранения энергии. Основываясь на различиях в удельной теплоемкости материалов цилиндра, можно определить его состав.
Удельная теплоемкость (C) - это количество теплоты, необходимое для изменения температуры единичной массы вещества на один градус Цельсия.
В данном случае, калориметр с холодной водой исходно имеет некоторую энергию Q(cold), а после помещения цилиндра в горячую воду становится Q(final).
Масса холодной воды (m) = 100 г = 0,1 кг
Температура холодной воды (T1) = 23 °C = 296 К
Температура горячей воды (T2) = 50,5 °C = 323,5 К
Тогда полная потеря энергии должна равняться полному получению энергии, поэтому формула сохранения энергии применима:
Q(cold) + Q(cylinder) = Q(final)
Q(cold) = m * C * ΔT1
Q(final) = (m + m_cylinder) * C_cylinder * ΔT2
Где:
m - масса холодной воды
C - удельная теплоемкость воды
ΔT1 = T2 - T1 - изменение температуры холодной воды
m_cylinder - масса цилиндра
C_cylinder - удельная теплоемкость цилиндра
ΔT2 - изменение температуры горячей воды
Так как известны все значения в формуле, можно выразить удельную теплоемкость цилиндра C_cylinder:
C_cylinder = (Q(final) - Q(cold)) / (m_cylinder * ΔT2)
После вычисления удельной теплоемкости цилиндра, Лёша сможет сравнить ее со значениями удельных теплоемкостей олова и железа, чтобы определить, из какого материала выполнен цилиндр.
Демонстрация:
Узнать, из какого материала сделан цилиндр, если масса цилиндра составляет 200 г, и изменение температуры горячей воды составляет 10 °C (ΔT2 = 10).
Совет: Для понимания данной задачи рекомендуется знание закона сохранения энергии и понимание понятия удельной теплоемкости. Также обратите внимание на единицы измерения.
Дополнительное задание:
Масса полиэтиленового калориметра составляет 50 г, а изменение температуры горячей воды составляет 6 °C. Вычислите удельную теплоемкость цилиндра, если известно, что изменение температуры холодной воды составляет 4 °C. (ΔT1 = 4)