Расчётная задача по молекулярной физике или электродинамике · 56 заданий
- Задание №23№23
По двум горизонтальным параллельным проводящим рельсам с пренебрежимо малым сопротивлением, замкнутым на последовательно соединённые резистор с сопрот…
Закон Ома для участка цепи
- Задание №23№23
В стакан калориметра, содержащий 250 г воды, опустили кусок льда массой 140 г, имевшего температуру 0°С. После того как наступило тепловое равновеси…
Уравнение теплового баланса
- Задание №23№23
На металл падает поток фотонов с длиной волны в 3 раза меньше «красной границы» фотоэффекта. Во сколько раз уменьшится максимальная кинетическая энерг…
Расчётная задача: МКТ/электродинамика
- Задание №23№23
Кусок льда опустили в термос, содержащий воду при температуре 50°С. Начальная температура льда 0°С. При переходе к тепловому равновесию часть льда мас…
Уравнение теплового баланса
- Задание №23№23
Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от друга. Напряжение на пластинах конденсато…
Потенциальность электростатического поля
- Задание №23№23
В тонкой рассеивающей линзе получено уменьшенное в 4 раза изображение предмета. Определите модуль фокусного расстояния линзы, если изображение предмет…
Формула тонкой линзы
- Задание №23№23
В калориметре находятся в тепловом равновесии 50 г воды и 5 г льда. Какой должна быть минимальная удельная теплоёмкость материала болта, имеющего масс…
Изменение агрегатных состояний вещества: плавление и…
- Задание №23№23
На дифракционную решётку, имеющую 500 штрихов на 1 мм, перпендикулярно её поверхности падает узкий луч монохроматического света частотой 5 · 10¹⁴ Гц.…
Дифракция света
- Задание №23№23
На дифракционную решётку, имеющую 300 штрихов на 1 мм, перпендикулярно её поверхности падает узкий луч монохроматического света частотой 5,6 · 10¹⁴ Гц…
Дифракция света
- Задание №23№23
На металл падает поток фотонов с частотой в 3,5 раза больше «красной границы» фотоэффекта. Во сколько раз увеличится максимальная кинетическая энергия…
Расчётная задача: МКТ/электродинамика
- Задание №23№23
В калориметре находятся в тепловом равновесии 50 г воды и 5 г льда. Какой должна быть минимальная масса болта, имеющего температуру 339 К, чтобы после…
Уравнение теплового баланса
- Задание №23№23
Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от друга. Напряжение на пластинах конденсато…
Потенциальность электростатического поля
В калориметр с водой бросают кусочки тающего льда. В некоторый момент кусочки льда перестают таять, при этом масса воды в калориметре увеличилась на 140 г. Какая масса воды находилась в калориметре, если её первоначальная температура 20 °С? Тепловыми потерями пренебречь.
Решение
Решение:
Обозначения. m — искомая первоначальная масса воды в калориметре; t=20 ∘С — её первоначальная температура; Δm=140 г=0,14 кг — прирост массы воды; c=4200 Дж/(кг⋅К) — удельная теплоёмкость воды; λ=3,3⋅105 Дж/кг — удельная теплота плавления льда.
Анализ процесса. Лёд тающий, то есть его температура равна температуре плавления 0 ∘С. Плавясь, лёд отбирает теплоту у воды, и вода остывает. Таяние прекращается тогда, когда вся система охлаждается до 0 ∘С: при этой температуре лёд и вода находятся в тепловом равновесии, теплообмена больше нет, и лёд перестаёт таять. Значит конечная температура смеси tк=0 ∘С.
Увеличение массы воды Δm — это масса растаявшего льда: он превратился в воду при 0 ∘С, которую дополнительно нагревать не требуется, так как её температура уже равна конечной.
Уравнение теплового баланса. Тепловыми потерями пренебрегаем, поэтому теплота, отданная водой при охлаждении от t до 0 ∘С, равна теплоте, затраченной на плавление массы Δm льда:
cm(t−0)=λΔm⇒m=ctλΔm.
Расчёт. m=4200⋅203,3⋅105⋅0,14=8,4⋅1044,62⋅104=0,55 кг=550 г.
Проверка. Вода массой 0,55 кг, остывая на 20 ∘С, отдаёт 4200⋅0,55⋅20=4,62⋅104 Дж; ровно столько нужно для плавления 140 г льда: 3,3⋅105⋅0,14=4,62⋅104 Дж.
Ответ: m=0,55 кг=550 г.