ФІЗИКА. Вчимося розв'язувати задачі. "МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА". Компенсаційний курс

2.3. Задачі для самостійної роботи

Рівняння теплового балансу

При складанні рівняння теплового балансу, якщо напрям теплообміну (знак зміни температури) для всіх тіл системи є очевидний, то рівняння теплового балансу варто записувати у вигляді (2.14а). В іншому випадку слід використовувати рівняння (2.14), тоді знак відповіді вкаже напрям теплообміну. Варто також згадати, що в рівняннях теплового балансу фігурують тільки різниці температур. Тож у викладках і при обчисленнях немає потреби переводити температури з °С у К

Слід також взяти до уваги, що теплоємність калориметра за промовчанням не враховується.

Рівень А

2.32.

У калориметрі змішали однакові кількості гарячої води при 70°С  і холодної при 10°С. Знайти температуру води після встановлення рівноваги. [40°С]

2.33.

В калориметр із 1,5 кг води при температурі 15°С впускають 200 г водяної пари з температурою 100°С. Визначити температуру, що встановиться. [84,7°С]

2.34.

Свинець масою 1 кг при нагріванні отримав 52,4 кДж теплоти, через що половина його розплавилася. Визначити початкову температуру свинцю. [0°С]

2.35.

Розтоплюючи в печі сніг із початковою температурою –10°С, отримують воду з температурою 20°С . При цьому виявляється, що маса одержаної води в 10 разів перевищує масу спалених дров. Визначити питому теплоту згоряння дров, якщо ККД печі складає 44%. [10 МДж/кг]

2.36.

Свинцева куля без відскоку вдаряє в сталеву плиту зі швидкістю 300 м/с. На скільки градусів нагрівається куля, якщо 40% її кінетичній енергії йде на нагрівання плити та навколишнього повітря? [43°С]

2.37.

У залізний калориметр масою 100 г із 0,5 кг води при температурі 15°С вміщують кусок сплаву свинцю з алюмінієм загальною масою 150 г і температурою 100°С . Визначити маси свинцю й алюмінію в сплаві, якщо в калориметрі встановилася температура 17°С. [42 г і 108 г]

2.38.

В посудину з 0,5 л води при температурі 15°С кинули 50 г мокрого снігу, через що температура в посудині знизилася на 5°С. Визначити масу води, котра містилась у снігові. Втратами тепла знехтувати. [23 г]

Рівень Б

2.39.

В суміш льоду з водою в калориметрі, котра перебуває в тепловій рівновазі, опустили й увімкнули кип'ятильник потужністю 700 Вт. Через 5,5 хв температура в калориметрі почала збільшуватися зі швидкістю 10 К/хв. Визначити початкові маси льоду і води. Питома теплоємність води 4,19 кДж/(кг·К), питома теплота плавлення льоду 0,33 МДж/кг.  [700 г; 300 г]

2.40.

Сталева куля, що вільно падає з висоти 500 м, досягає поверхні землі зі швидкістю 50 м/с. Не враховуючи втрат тепла на нагрівання повітря, знайти, на скільки підвищується температура кулі за час падіння. Питома теплоємність сталі 440 Дж/(кг·К) [8,5°С]

2.41.

Визначити витрату бензину в автомобілі на 1 км шляху на швидкості 60 км/год при потужності і ККД двигуна 16 кВт і 30%. Теплотворність бензину 46 МДж/кг. [70 г/км]

2.42.

В калориметр, який містить 200 см3 води при температурі 100°С вкидають кусочок льоду  масою 10 г і температурою 0°С. Визначити температуру, що встановиться в калориметрі. Якою була би відповідь при масі льоду 100 г? [25°С; 0°С]

2.43.

Нагрітий алюмінієвий куб кладуть на лід із температурою 0°С. Визначити початкову температуру куба, якщо в кінцевому стані він повністю занурився в лід. Питома теплота плавлення льоду 335 кДж/кг, питома теплоємність алюмінію 836 Дж/(кг·К), густина льоду 920 кг/м3, густина алюмінію 2,7 г/см3. [136,5°С]

2.44.

Установку, в якій виділяється теплова потужність 30 кВт, охолоджують прокачуванням води, по змійовику з діаметром трубки 15 мм. Вважаючи, що на нагрівання води йде все тепло, що виділяється, визначити швидкість її руху, якщо  за час проходження змійовиком вода нагрівається на 15°С [2,7 м/с]

2.45.

На електроплитці потужністю 600 Вт вода в кількості 1,5 л і з початковою температурою 20°С закипає за 10,5 хв. При цьому 5% води випаровується. Визначити ККД плитки, якщо питома теплоємність води с = 4,2 кДж/(кг·К) і  питома теплота пароутворення r = 2,3 МДж/кг. [75 %]