Задание №16 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

#44085Задание №16ФИПИ

Количество теплоты. Теплоёмкость

Две жидкости одинаковой массы, имеющие одинаковую начальную температуру 20 ^оС, нагревают в одинаковых сосудах на одинаковых горелках (см. рисунок). В некоторый момент времени измеряют температуру жидкостей 1 и 2 и получают значения температур соответственно 60 ^оС
и 40 ^оС.

Из предложенного перечня выберите два утверждения, соответствующих экспериментальным наблюдениям. Укажите их номера.

За время наблюдения изменение температуры первой жидкости в 2 раза превышает изменение температуры второй жидкости.

Удельная теплоёмкость второй жидкости больше удельной теплоёмкости первой жидкости.

Температура кипения второй жидкости меньше температуры кипения первой жидкости.

В процессе эксперимента испарение первой жидкости происходило более интенсивно, чем второй жидкости.

В процессе эксперимента первая жидкость получила большее количество теплоты, чем вторая жидкость.

Правильный ответ

Пояснение

Решение. Проанализируем условия эксперимента и каждое утверждение по порядку.

Из условия задачи нам известно:
— массы жидкостей одинаковы: $m_1 = m_2 = m$ ;
— начальные температуры одинаковы: $t_0 = 20 \text{ } ^\circ\text{C}$ ;
— нагревание происходит на одинаковых горелках в одинаковых сосудах в течение одного и того же времени. Это означает, что обе жидкости получили одинаковое количество теплоты: $Q_1 = Q_2 = Q$ ;
— конечные температуры: $t_1 = 60 \text{ } ^\circ\text{C}$ , $t_2 = 40 \text{ } ^\circ\text{C}$ .

1) Проверим утверждение №1.
Изменение температуры первой жидкости: $\Delta t_1 = t_1 - t_0 = 60 \text{ } ^\circ\text{C} - 20 \text{ } ^\circ\text{C} = 40 \text{ } ^\circ\text{C}$ .
Изменение температуры второй жидкости: $\Delta t_2 = t_2 - t_0 = 40 \text{ } ^\circ\text{C} - 20 \text{ } ^\circ\text{C} = 20 \text{ } ^\circ\text{C}$ .
Сравним их: $\frac{\Delta t_1}{\Delta t_2} = \frac{40}{20} = 2$ .
Следовательно, изменение температуры первой жидкости действительно в 2 раза больше. Утверждение №1 верно.

2) Проверим утверждение №2.
Воспользуемся формулой количества теплоты при нагревании: $Q = c \cdot m \cdot \Delta t$ .
Так как $Q$ и $m$ для обеих жидкостей одинаковы, запишем равенство:
$c_1 \cdot m \cdot \Delta t_1 = c_2 \cdot m \cdot \Delta t_2$ .
Сократим на $m$ : $c_1 \cdot \Delta t_1 = c_2 \cdot \Delta t_2$ .
Отсюда выразим отношение удельных теплоёмкостей: $\frac{c_2}{c_1} = \frac{\Delta t_1}{\Delta t_2}$ .
Поскольку $\Delta t_1 > \Delta t_2$ (в нашем случае $40 > 20$ ), то $c_2 > c_1$ . Удельная теплоёмкость второй жидкости больше. Утверждение №2 верно.

3) Проверим утверждение №3.
В ходе эксперимента ни одна из жидкостей не достигла состояния кипения (температуры $40 \text{ } ^\circ\text{C}$ и $60 \text{ } ^\circ\text{C}$ обычно ниже температур кипения большинства жидкостей, и на рисунке не показан процесс кипения). Данных для сравнения температур кипения в условии нет. Утверждение №3 неверно.

4) Проверим утверждение №4.
Интенсивность испарения зависит от рода жидкости, площади поверхности и температуры. Хотя температура первой жидкости выше, мы не знаем химический состав жидкостей. Эксперимент направлен на изучение теплоёмкости, а не испарения. Прямых данных об интенсивности испарения нет. Утверждение №4 неверно.

5) Проверим утверждение №5.
По условию горелки одинаковые и время нагрева одинаковое. Это подразумевает, что жидкостям передано равное количество теплоты. Утверждение №5 неверно.

Ответ: 12

Источник: ФИПИ