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. Первоначальная масса воды в калориметре 330 г. Определите первоначальную температуру воды в калориметре, если масса воды в нём увеличилась на 63 г. Тепловыми потерями пренебречь.
Решение
Решение:
Обозначения. mв=330 г=0,33 кг — первоначальная масса воды в калориметре; t — её первоначальная температура (искомая величина); Δm=63 г=0,063 кг — прирост массы воды; c=4200 Дж/(кг⋅К) — удельная теплоёмкость воды; λ=3,3⋅105 Дж/кг — удельная теплота плавления льда.
Анализ процесса. В калориметр бросают тающий лёд, значит его температура равна температуре плавления t0=0 ∘С. Лёд плавится за счёт теплоты, отдаваемой водой, и вода при этом остывает. Таяние прекращается в тот момент, когда вся система приходит к температуре 0 ∘С: при этой температуре лёд и вода сосуществуют в тепловом равновесии, теплообмен прекращается, и оставшийся лёд больше не тает. Значит конечная температура смеси tк=0 ∘С.
Прирост массы воды Δm — это масса растаявшего льда: расплавившись, он превратился в воду при 0 ∘С и добавился к содержимому калориметра. Нагревать эту воду уже не нужно — её температура совпадает с конечной.
Уравнение теплового баланса. Система теплоизолирована (тепловыми потерями пренебрегаем), поэтому теплота, отданная водой при охлаждении от t до 0 ∘С, равна теплоте, поглощённой при плавлении массы Δm льда:
cmв(t−0)=λΔm.
Отсюда
t=cmвλΔm.
Расчёт. t=4200⋅0,333,3⋅105⋅0,063=13862,079⋅104=15 ∘С.
Проверка. Вода массой 0,33 кг, остывая на 15 ∘С, отдаёт 4200⋅0,33⋅15≈2,08⋅104 Дж; на плавление 63 г льда требуется 3,3⋅105⋅0,063≈2,08⋅104 Дж — баланс сходится.
Ответ: t=15 ∘С.