На сколько раз меньшее количество теплоты нужно затратить для того, чтобы нагреть медную деталь в сравнении

Тема вопроса: Теплоемкость различных материалов

Описание: Теплоемкость - это физическая величина, которая показывает, сколько теплоты нужно затратить, чтобы нагреть единицу массы вещества на единицу температуры. Теплоемкость зависит от типа вещества и его массы.

Для данной задачи требуется сравнить количество теплоты, необходимое для нагрева медной детали и стальной детали при равной массе и одинаковом изменении температуры.

Медь и сталь имеют разные теплоемкости, поэтому нужно вычислить отношение теплоемкостей.

Теплоемкость, обозначаемая символом C, определяется формулой:
C = Q / (m * ΔT),

где Q - количество теплоты, m - масса вещества, ΔT - изменение температуры.

Поскольку у нас медь и сталь имеют равную массу и нагреваются на одинаковое количество градусов, то масса (m) и изменение температуры (ΔT) будут одинаковы для обоих материалов.

Отношение теплоемкостей меди (C_медь) и стали (C_сталь):

C_медь / C_сталь = Q_медь / Q_сталь,

где Q_медь и Q_сталь - количество теплоты, необходимое для нагрева медной и стальной деталей соответственно.

Так как количество градусов и масса одинаковы, можно сказать, что Q_медь / Q_сталь = C_медь / C_сталь.

Таким образом, медь потребует Q_медь раз меньшего количества теплоты по сравнению со сталью:

Q_медь / Q_сталь = C_медь / C_сталь = 1 / C_сталь.

Ответ округляем до десятых долей, поэтому медь потребует в раз (ответ) меньшего количества теплоты, чем сталь.

Например: Найдите на сколько раз меньшее количество теплоты нужно затратить для нагрева медной детали в сравнении со стальной, если медь и сталь имеют равную массу и нагреваются на одинаковое количество градусов.

Совет: Чтобы лучше понять, как работает теплоемкость, можно провести простой эксперимент: возьмите две одинаковые по размеру и форме металлические детали, одну из меди, а другую из стали. Подставьте каждую деталь в две отдельные кастрюли с измеренным объемом воды. Нагрейте кастрюли с водой на одинаковое количество градусов. Замерьте количество затраченного вами времени и энергии для нагрева каждой детали. Сравните результаты и сделайте выводы.

Задание для закрепления: На сколько раз меньшее количество теплоты нужно затратить для того, чтобы нагреть свинцовую деталь в сравнении с алюминиевой, если свинец и алюминий имеют равную массу и нагреваются на одинаковое количество градусов? Ответ округлите до десятых долей.

Тема урока: Количество теплоты при нагревании меди и стали

Пояснение: Количество теплоты, которое нужно затратить для нагревания тела, зависит от его массы, вещества и изменения его температуры. Формула, используемая для расчета количества теплоты, называется законом теплопроводности и выглядит следующим образом: Q = mcΔT, где Q - количество теплоты, m - масса тела, c - удельная теплоемкость вещества, ΔT - изменение температуры.

В данной задаче медь и сталь имеют равную массу и нагреваются на одинаковое количество градусов. Поэтому разница в количестве теплоты, затрачиваемого на нагревание меди и стали, будет зависеть только от удельной теплоемкости этих веществ.

Удельная теплоемкость - это количество теплоты, которое нужно затратить для нагревания единицы массы вещества на один градус. Для меди удельная теплоемкость составляет примерно 0,39 Дж/(г·°C), а для стали - 0,46 Дж/(г·°C).

Таким образом, чтобы определить на сколько раз меньшее количество теплоты нужно затратить для нагревания медной детали в сравнении со стальной, нужно найти отношение их удельных теплоемкостей: 0,39 / 0,46 ≈ 0,85.

Демонстрация:
Медная и стальная детали одинаковой массы нагреваются на 10 градусов. На сколько раз меньшее количество теплоты нужно затратить для нагревания меди в сравнении со стальной?
Ответ: 0,85 раз.

Совет: Для лучшего понимания удельной теплоемкости вещества стоит обратить внимание на единицы измерения: Дж/(г·°C). Удельная теплоемкость характеризует, сколько энергии требуется для нагревания одной граммовой массы вещества на один градус Цельсия.

Практика:
Медь и свинец имеют одинаковую массу и нагреваются на одинаковое количество градусов. Удельная теплоемкость меди составляет 0,39 Дж/(г·°C), а удельная теплоемкость свинца - 0,13 Дж/(г·°C). На сколько раз меньшее количество теплоты нужно затратить для нагревания свинца в сравнении с медью? (Ответ округлите до десятых долей.)