Для определения ускорения свободного падения ученик воспользовался математическим маятником с длинной подвеса 1,5м. В эксперименте он наблюдал 30 колебаний за 1 мин 14с. Какое значение ускорения свободного падения получил ученик?
На первом участке графика жидкость нагревалась до температуры кипения. На втором участке происходило парообразование. На третьем участке нагревался пар. Так как мы ищем теплоту парообразования, нам нужен второй участок. В начале процесса количество переданной теплоты было равно 50 кДж, в конце - 110 кДж, значит на весь процесс парообразования было потрачено 60 кДж энергии. Чтобы найти удельную теплоту парообразования, нужно количество теплоты разделить на массу вещества. 60кДж/1кг = 60 кДж/кг
Итак, что у нас происходит. Кусок льда, оказавшись в воде, сначала нагревается до температуры плавления, затем тает. При этом вода в сосуде охлаждается. Коль лед не весь растаял, есть основания полагать, что процесс завершился при температуре 0° С. Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁: (1) Тут: с₁ - удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К) m₁ - масса воды 1 кг (1л - 1кг) T₀ - начальная температура воды 10°С T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
Лед принял количество теплоты Q₂ : (2) Где: с₂ - удельная теплоемкость льда 2060 Дж/(кг·К) m₂ - начальная масса льда T₂ - начальная температура льда -20°С T₁ - конечная температура воды и льда 0°С m₃ - масса растаявшего льда. λ - удельная теплота плавления льда 334*10³ Дж/кг При этом: кг (3)
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂ (4) Теперь из 4 выражаем m₂:
На первом участке графика жидкость нагревалась до температуры кипения. На втором участке происходило парообразование. На третьем участке нагревался пар. Так как мы ищем теплоту парообразования, нам нужен второй участок. В начале процесса количество переданной теплоты было равно 50 кДж, в конце - 110 кДж, значит на весь процесс парообразования было потрачено 60 кДж энергии. Чтобы найти удельную теплоту парообразования, нужно количество теплоты разделить на массу вещества. 60кДж/1кг = 60 кДж/кг
ответ: 60
Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁:
Тут:
с₁ - удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К)
m₁ - масса воды 1 кг (1л - 1кг)
T₀ - начальная температура воды 10°С
T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
Лед принял количество теплоты Q₂ :
Где:
с₂ - удельная теплоемкость льда 2060 Дж/(кг·К)
m₂ - начальная масса льда
T₂ - начальная температура льда -20°С
T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
m₃ - масса растаявшего льда.
λ - удельная теплота плавления льда 334*10³ Дж/кг
При этом:
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂
Теперь из 4 выражаем m₂:
Подставляя в (5) числовые значения, получаем:
ответ: Исходная масса льда 0,201 кг=201 г.