Решаем сложные задачи на тепловой баланс. Сложность примерно соответствует 30-й задаче ЕГЭ, или простой олимпиаде.
Задача 1. В закрытом медном калориметре массой 600 г находится 1,0 кг измельченного льда при температуре C. В калориметр впустили 200 г пара при температуре
C. Считая, что удельная теплоёмкость водяного пара в пределах от
C до
C составляет 0,40 кал(г
град), определите, какая температура установится в калориметре. (Потерями теплоты пренебречь.)
Решение. Будем решать эту задачу методом «прикидок». То есть определим предельные количества теплоты для каждого процесса и затем их сопоставим.
Для нагрева льда до нуля градусов необходимо количество теплоты
Для плавления льда необходимо
Для нагрева калориметра необходимо (пока греем до нуля)
Пар может отдать, охлаждаясь (1 кал – это 2,19 Дж):
Пар может отдать, конденсируясь:
Понятно теперь, что пар, остыв и полностью превратившись в воду, отдаст больше теплоты, чем нужно для согрева калориметра и льда и плавления льда. Значит, содержимое калориметра еще и нагреется до некоторой температуры , которую нам и надо найти.
Вода, полученная из пара, остывает до и отдает количество теплоты
Вода, полученная изо льда и калориметр греются до
Составляем уравнение теплового баланса:
Ответ: конечная температура .
Задача 2. В калориметр, содержащий 100 г сухого снега при температуре C, впустили 13 г водяного пара при температуре
C. Определите установившуюся в калориметре температуру. В каком состоянии находится вещество в калориметре? Как изменится ответ, если учесть теплоёмкость калориметра? Решите эту задачу для случая, когда масса пара равна 25 г.
Решение: сопоставим возможные количества теплоты:
Снег греется до нуля:
Снег тает:
Пар конденсируется:
Видим, что тепла, даваемого паром, не хватит на согрев и плавление снега, значит, снег не растает весь, и конечная температура будет равна 0.
Если бы пара было бы 25 г, то
Теплота, даваемая паром, покрыла бы “расходы” на согрев и плавление снега, и вода, полученная изо льда, согрелась бы. Определим, на сколько.
Пусть вода, полученная из пара, остынет до :
Уравнение баланса:
На нагрев воды, полученной из снега, уйдет:
Тогда
Ответ: конечная температура равна 94,6 градусам.
Задача З. Через воду, имеющую температуру C, пропускают водяной пар при
C. Сколько процентов составит масса воды, образовавшейся из пара, от массы всей воды в сосуде в момент, когда её температура равна
C?
Решение:
Вода нагреется на C. Пар конденсируется, и полученная из него вода остынет на
C. Тогда уравнение баланса будет таким:
Найти надо отношение .
Тогда искомое отношение
Ответ: 6,3%
* Добрый...
Дорый день, поясните , пожалуйста, почему в 1 задании ускорение на пути назад будет...
Задачу 2 хорошо через мгновенную ось вращения...
Картинку необходимо заменить: пуля летит сверху вниз. Тогда решение сомнений не...
Какой же это подгон? ОЧень красивое решение. Теорема о трех непараллельных силах,...