При якій температурі залізна деталь масою 1 кг затемниться після підігріву до 200 °C через зменшення її внутрішньої

Суть вопроса: Перетворення внутрішньої енергії в температуру

Пояснення:

Щоб знайти температуру, при якій залізна деталь затемниться після підігріву до 200 °C через зменшення її внутрішньої енергії, нам потрібно розглянути закон збереження енергії. Закон збереження енергії стверджує, що енергія не може бути створена або знищена, а тільки перетворюватися з однієї форми в іншу. Тому, коли деталь підігрівається, її внутрішня енергія збільшується. Коли деталь охолоджується, внутрішня енергія зменшується і це призводить до затемнення.

Оскільки залізо є твердим тілом, його температура залежить від його внутрішньої енергії за допомогою формули теплоємності:

Q = mcΔT,

де Q - кількість тепла, m - маса деталі, c - теплоємність заліза (приблизно 0,45 Дж/град), ΔT - зміна температури.

Маємо рівняння:

ΔQ(внутрішня енергія) = Q(підігрів) - Q(охолодження)

Так як із завдання відомо, що Q(підігрів) = Q(охолодження), отримуємо:

ΔQ(внутрішня енергія) = 0

Це означає, що внутрішня енергія залізної деталі після підігріву до 200 °C повинна залишитися незмінною.

Приклад використання:

Уявімо, що внутрішня енергія залізної деталі після підігріву до 200 °C рівна 1000 Дж. Щоб знайти температуру, при якій внутрішня енергія збільшиться до 1000 Дж, потрібно скористатися формулою теплоємності:

ΔQ = mcΔT

Для нашого прикладу, ΔQ = 1000 Дж, m = 1 кг, c = 0,45 Дж/град. Підставляючи ці значення в формулу, ми отримуємо:

1000 = 1 * 0,45 * ΔT

Розв"язавши це рівняння, ми отримуємо:

ΔT = 2222,22 град

Тому, при температурі поблизу 2222 градусів цельсія, залізна деталь затемниться після підігріву до 200 °C через зменшення її внутрішньої енергії.

Порада:

Щоб краще зрозуміти, як змінюється внутрішня енергія речовини при зміні температури, варто ознайомитися з концепцією теплоємності та інших термодинамічних процесів. Ілюстрації, діаграми та проведення власних експериментів можуть також допомогти зрозуміти цей процес краще.

Вправа:

Якщо внутрішня енергія залізної деталі після підігріву до 200 °C дорівнює 500 Дж, яка температура деталі в цьому випадку?