Задание №14 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

#44207Задание №14ФИПИ

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.

Изменение температуры жидкостей прямо пропорционально времени нагревания.

Удельная теплоёмкость первой жидкости меньше удельной теплоёмкости второй жидкости.

Температура кипения второй жидкости больше температуры кипения первой жидкости.

В процессе эксперимента испарение первой жидкости происходило менее интенсивно.

В процессе эксперимента сосуды с жидкостями получили одинаковое количество теплоты.

Правильный ответ

Пояснение

Решение. Проанализируем условия эксперимента и каждое утверждение по порядку.

По условию задачи:
1. Массы жидкостей одинаковы: $m_1 = m_2 = m$ .
2. Начальные температуры одинаковы: $t_0 = 20 \text{ } ^\circ\text{C}$ .
3. Нагревание происходит в одинаковых сосудах на одинаковых горелках. Это означает, что мощность горелок одинакова ( $P_1 = P_2$ ), и за одно и то же время $\tau$ обе жидкости получают равное количество теплоты: $Q_1 = Q_2 = Q$ .

Анализ утверждений:

1) Изменение температуры жидкостей прямо пропорционально времени нагревания.
Данный эксперимент фиксирует состояние жидкостей только в один конкретный момент времени. Мы не имеем данных о промежуточных значениях температуры в разные моменты времени, чтобы сделать вывод о характере зависимости (линейная она или нет). Кроме того, при нагревании часть тепла уходит в окружающую среду, что может нарушать прямую пропорциональность. Утверждение не следует из эксперимента.

2) Удельная теплоёмкость первой жидкости меньше удельной теплоёмкости второй жидкости.
Используем формулу количества теплоты для нагревания: $Q = c \cdot m \cdot \Delta t$ .
Отсюда удельная теплоёмкость: $c = \frac{Q}{m \cdot \Delta t}$ .
Для первой жидкости изменение температуры: $\Delta t_1 = 60 \text{ } ^\circ\text{C} - 20 \text{ } ^\circ\text{C} = 40 \text{ } ^\circ\text{C}$ .
Для второй жидкости изменение температуры: $\Delta t_2 = 40 \text{ } ^\circ\text{C} - 20 \text{ } ^\circ\text{C} = 20 \text{ } ^\circ\text{C}$ .
Так как $Q$ и $m$ одинаковы для обеих жидкостей, то чем больше изменение температуры $\Delta t$ , тем меньше удельная теплоёмкость $c$ . Поскольку $\Delta t_1 > \Delta t_2$ , то $c_1 < c_2$ . Утверждение верно.

3) Температура кипения второй жидкости больше температуры кипения первой жидкости.
В ходе эксперимента жидкости только нагрелись до $60 \text{ } ^\circ\text{C}$ и $40 \text{ } ^\circ\text{C}$ . Ни одна из них не закипела. На основании этих данных невозможно определить их температуры кипения. Утверждение неверно.

4) В процессе эксперимента испарение первой жидкости происходило менее интенсивно.
Интенсивность испарения зависит от температуры жидкости. Так как температура первой жидкости ( $60 \text{ } ^\circ\text{C}$ ) выше, чем второй ( $40 \text{ } ^\circ\text{C}$ ), то при прочих равных условиях испарение первой жидкости происходило более интенсивно. Утверждение неверно.

5) В процессе эксперимента сосуды с жидкостями получили одинаковое количество теплоты.
Так как сосуды одинаковые и горелки одинаковые, то за одно и то же время работы горелок жидкостям передается равное количество энергии. Утверждение верно.

Ответ: 25

Источник: ФИПИ