Вопрос задан 23.03.2025 в 11:26. Предмет Физика. Спрашивает Злобин Андрей.

1.Какое количество теплоты необходимо, чтобы в алюминиевой кастрюле массой 200 г нагреть 2 л воды от 20 °С до кипения?
2.Металлическую деталь массой 200 г нагрели от 20 до 40 °С. Для этого потребовалось 560 Дж энергии. Из какого металла изготовлена деталь?
Прошу, с "Дано", "СИ" и "Решение".

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Слепцов Женя.

1. Какое количество теплоты необходимо, чтобы в алюминиевой кастрюле массой 200 г нагреть 2 л воды от 20 °С до кипения?

Дано:

  • Масса кастрюли mал=200 г=0,2 кгm_{\text{ал}} = 200 \, \text{г} = 0,2 \, \text{кг}
  • Масса воды mвода=2 л=2 кгm_{\text{вода}} = 2 \, \text{л} = 2 \, \text{кг} (так как плотность воды 1 кг/л1 \, \text{кг}/\text{л})
  • Начальная температура воды и кастрюли T1=20 °СT_1 = 20 \, \text{°С}
  • Конечная температура воды и кастрюли T2=100 °СT_2 = 100 \, \text{°С} (температура кипения воды)
  • Удельная теплоёмкость воды cвода=4200 Дж/кг\cdotp°Сc_{\text{вода}} = 4200 \, \text{Дж}/\text{кг·°С}
  • Удельная теплоёмкость алюминия cал=900 Дж/кг\cdotp°Сc_{\text{ал}} = 900 \, \text{Дж}/\text{кг·°С}

СИ:

  • Масса и теплоёмкости уже указаны в системе СИ, температура измеряется в градусах Цельсия, что эквивалентно шкале Кельвина для разницы температур.

Решение:

  1. Количество теплоты, необходимое для нагрева воды:

Теплоту для нагрева воды рассчитываем по формуле:

Qвода=mвода⋅cвода⋅ΔTQ_{\text{вода}} = m_{\text{вода}} \cdot c_{\text{вода}} \cdot \Delta T

где:

  • ΔT=T2−T1=100−20=80 °С\Delta T = T_2 - T_1 = 100 - 20 = 80 \, \text{°С}

Подставляем данные:

Qвода=2 кг⋅4200 Дж/кг\cdotp°С⋅80 °С=672000 ДжQ_{\text{вода}} = 2 \, \text{кг} \cdot 4200 \, \text{Дж}/\text{кг·°С} \cdot 80 \, \text{°С} = 672000 \, \text{Дж}
  1. Количество теплоты, необходимое для нагрева кастрюли:

Теплоту для нагрева алюминиевой кастрюли рассчитываем по аналогичной формуле:

Qал=mал⋅cал⋅ΔTQ_{\text{ал}} = m_{\text{ал}} \cdot c_{\text{ал}} \cdot \Delta T

где:

  • ΔT=80 °С\Delta T = 80 \, \text{°С} — как и для воды.

Подставляем данные:

Qал=0,2 кг⋅900 Дж/кг\cdotp°С⋅80 °С=14400 ДжQ_{\text{ал}} = 0,2 \, \text{кг} \cdot 900 \, \text{Дж}/\text{кг·°С} \cdot 80 \, \text{°С} = 14400 \, \text{Дж}
  1. Общее количество теплоты:

Общее количество теплоты будет суммой теплот, затраченных на нагрев воды и кастрюли:

Qобщее=Qвода+Qал=672000 Дж+14400 Дж=686400 ДжQ_{\text{общее}} = Q_{\text{вода}} + Q_{\text{ал}} = 672000 \, \text{Дж} + 14400 \, \text{Дж} = 686400 \, \text{Дж}

Ответ: Необходимо 686400 Дж теплоты, чтобы нагреть 2 литра воды в алюминиевой кастрюле массой 200 г от 20 °С до кипения.


2. Металлическую деталь массой 200 г нагрели от 20 до 40 °С. Для этого потребовалось 560 Дж энергии. Из какого металла изготовлена деталь?

Дано:

  • Масса детали m=200 г=0,2 кгm = 200 \, \text{г} = 0,2 \, \text{кг}
  • Начальная температура T1=20 °СT_1 = 20 \, \text{°С}
  • Конечная температура T2=40 °СT_2 = 40 \, \text{°С}
  • Количество теплоты Q=560 ДжQ = 560 \, \text{Дж}
  • Разница температур ΔT=T2−T1=40−20=20 °С\Delta T = T_2 - T_1 = 40 - 20 = 20 \, \text{°С}

СИ:

  • Масса и теплоёмкость уже приведены в системе СИ.

Решение:

Используем формулу для количества теплоты:

Q=m⋅c⋅ΔTQ = m \cdot c \cdot \Delta T

где cc — удельная теплоёмкость металла. Перепишем её для нахождения cc:

c=Qm⋅ΔTc = \frac{Q}{m \cdot \Delta T}

Подставляем известные значения:

c=560 Дж0,2 кг⋅20 °С=5604=140 Дж/кг\cdotp°Сc = \frac{560 \, \text{Дж}}{0,2 \, \text{кг} \cdot 20 \, \text{°С}} = \frac{560}{4} = 140 \, \text{Дж}/\text{кг·°С}

Теперь, зная удельную теплоёмкость c=140 Дж/кг\cdotp°Сc = 140 \, \text{Дж}/\text{кг·°С}, можно сопоставить её с известными значениями теплоёмкости различных металлов. Из справочных данных известно, что:

  • Удельная теплоёмкость алюминия cал=900 Дж/кг\cdotp°Сc_{\text{ал}} = 900 \, \text{Дж}/\text{кг·°С}
  • Удельная теплоёмкость меди cмедь=380 Дж/кг\cdotp°Сc_{\text{медь}} = 380 \, \text{Дж}/\text{кг·°С}
  • Удельная теплоёмкость железа cжелезо=460 Дж/кг\cdotp°Сc_{\text{железо}} = 460 \, \text{Дж}/\text{кг·°С}
  • Удельная теплоёмкость свинца cсвинец=130 Дж/кг\cdotp°Сc_{\text{свинец}} = 130 \, \text{Дж}/\text{кг·°С}

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос