Задание №16 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для анализа результатов эксперимента важно понимать, как оценивалось количество теплоты. Согласно условию, количество теплоты $Q$, которое отдал цилиндр при остывании, равно количеству теплоты, которое получила вода в калориметре. Формула для расчёта теплоты, полученной водой: $Q = c_{в} \cdot m_{в} \cdot \Delta t$, где $c_{в}$ — удельная теплоёмкость воды, $m_{в}$ — масса воды (100 г во всех опытах), $\Delta t$ — изменение температуры воды.

Проанализируем каждое утверждение на основе данных таблицы:

1) Количество теплоты, выделяемое нагретым телом, не зависит от вещества, из которого изготовлено тело.
Чтобы проверить зависимость от вещества, нужно сравнить опыты с одинаковой массой и одинаковой начальной температурой, но разными материалами. Сравним опыт №1 (медь, 100 г, 100 °C) и опыт №2, но в №2 температура 60 °C. Лучше сравнить опыт №3 (алюминий, 200 г, 100 °C) и опыт №4 (медь, 200 г, 100 °C). В опыте №3 вода нагрелась на 24 °C, а в опыте №4 — на 13 °C. Значит, количество выделенной теплоты разное, и оно зависит от вещества. Утверждение неверно.

2) Количество теплоты, выделяемое нагретым телом, зависит от массы этого тела.
Для проверки зависимости от массы выберем опыты с одинаковым веществом и одинаковой начальной температурой, но разной массой. Сравним опыт №1 (медь, 100 г, 100 °C) и опыт №4 (медь, 200 г, 100 °C). В первом случае вода нагрелась на 10 °C, во втором — на 13 °C. Изменение температуры воды разное, следовательно, количество теплоты зависит от массы. Утверждение верно.

3) При остывании цилиндров в первом и во втором опытах выделилось одинаковое количество теплоты.
Количество теплоты оценивается по изменению температуры воды $\Delta t$. В опыте №1 $\Delta t = 10 \text{ °C}$. В опыте №2 $\Delta t = 10 \text{ °C}$. Так как масса воды в калориметре в обоих опытах одинакова (100 г), то и количество переданной теплоты $Q = c_{в} \cdot m_{в} \cdot \Delta t$ в этих опытах одинаково. Утверждение верно.

4) При остывании алюминиевого цилиндра в третьем опыте выделилось наименьшее количество теплоты.
Наименьшее количество теплоты выделится там, где изменение температуры воды $\Delta t$ минимально. В опыте №3 $\Delta t = 24 \text{ °C}$ — это самое большое значение в таблице. Следовательно, в третьем опыте выделилось наибольшее количество теплоты. Утверждение неверно.

5) Удельная теплоёмкость алюминия равна удельной теплоёмкости меди.
Удельная теплоёмкость — это табличная физическая величина, характеризующая вещество. Из физики известно (и это подтверждается сравнением опытов №3 и №4), что теплоёмкости алюминия и меди различны. При одинаковых массах и температурах алюминий отдал больше энергии ($\Delta t = 24 \text{ °C}$), чем медь ($\Delta t = 13 \text{ °C}$). Утверждение неверно.

Ответ: 23

Источник: ФИПИ