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 стакан калориметра, содержащего некоторое количество воды, опустили кусок льда массой 300 г при температуре 0 °С. Начальная температура калориметра с водой 55 °С. Когда наступило тепловое равновесие, температура калориметра с водой стала равной 5 °С. Определите первоначальную массу воды в калориметре. Теплоёмкостью калориметра и теплообменом с окружающей средой пренебречь.
Решение
Решение:
Обозначения. mл=300 г=0,3 кг — масса льда, tл=0 ∘С — его начальная температура; m — искомая первоначальная масса воды; t1=55 ∘С — начальная температура воды в калориметре; t2=5 ∘С — конечная (равновесная) температура; c=4200 Дж/(кг⋅К) — удельная теплоёмкость воды; λ=3,3⋅105 Дж/кг — удельная теплота плавления льда.
Анализ процесса. Конечная температура t2=5 ∘С>0 ∘С, а лёд и вода могут сосуществовать только при 0 ∘С. Значит, льда в конце не осталось: он полностью расплавился, а образовавшаяся из него вода нагрелась от 0 до 5 ∘С. Первоначальная вода при этом остыла от 55 до 5 ∘С.
Уравнение теплового баланса. Теплоёмкость калориметра и теплообмен с окружающей средой не учитываем, поэтому вся теплота, отданная остывающей водой, идёт на плавление льда и на нагревание талой воды:
cm(t1−t2)=λmл+cmл(t2−tл).
Отсюда
m=c(t1−t2)mл(λ+ct2).
Расчёт. Полученная льдом теплота: 0,3⋅(3,3⋅105+4200⋅5)=0,3⋅3,51⋅105=1,053⋅105 Дж. Знаменатель: 4200⋅(55−5)=2,1⋅105 Дж/кг. Тогда
m=2,1⋅1051,053⋅105≈0,50 кг=500 г.
Проверка. На плавление всего льда нужно 3,3⋅105⋅0,3=9,9⋅104 Дж, а вода массой 0,5 кг, остывая на 50 ∘С, отдаёт 1,05⋅105 Дж — этого хватает, предположение о полном плавлении льда верно.
Ответ: m≈0,5 кг=500 г.