Номер 4, страница 460 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Авторы: Касьянов В. А.
Тип: Учебник
Издательство: Просвещение
Год издания: 2021 - 2025
Уровень обучения: углублённый
Цвет обложки: белый самолет и молнии изображены
ISBN: 978-5-09-103621-3
Популярные ГДЗ в 10 классе
8. Измерение удельной теплоёмкости вещества. Лабораторные работы - номер 4, страница 460.
№4 (с. 460)
Условие. №4 (с. 460)
скриншот условия

4. Определите массу воды в калориметре $m_2$.
Решение. №4 (с. 460)
4. Для определения массы воды в калориметре ($m_2$) необходимо решить задачу на тепловой баланс. Поскольку в самом вопросе не предоставлены числовые данные (например, масса и температура тела, которое помещают в калориметр, начальная и конечная температуры и т.д.), невозможно дать конкретный численный ответ. Вместо этого, ниже приводится общий метод решения подобных задач и разобран подробный пример.
Общий принцип решения основан на законе сохранения энергии: в изолированной системе количество теплоты, отданное более горячими телами, равно количеству теплоты, полученному более холодными телами. Уравнение теплового баланса выглядит так:
$Q_{отданное} = Q_{полученное}$
Пусть в калориметр с водой помещают тело массой $m_1$ с начальной температурой $t_1$. Начальная температура воды и калориметра равна $t_2$. Конечная температура всей системы после установления равновесия равна $t$.
Тогда:
$Q_{отданное} = c_1 m_1 (t_1 - t)$ (теплота, отданная телом)
$Q_{полученное} = c_2 m_2 (t - t_2) + C_k (t - t_2)$ (теплота, полученная водой и калориметром)
Здесь $c_1$ и $c_2$ – удельные теплоемкости тела и воды соответственно, а $C_k$ – теплоемкость калориметра (которая равна произведению массы калориметра $m_k$ на удельную теплоемкость его материала $c_k$).
Приравнивая эти два выражения, получаем:
$c_1 m_1 (t_1 - t) = (c_2 m_2 + C_k) (t - t_2)$
Из этого уравнения можно выразить искомую массу воды $m_2$:
$m_2 = \frac{1}{c_2} \left( \frac{c_1 m_1 (t_1 - t)}{t - t_2} - C_k \right)$
Для иллюстрации метода решим конкретную задачу.
Пример задачи: В медный калориметр массой 150 г, содержащий воду, опустили стальной шарик массой 200 г, нагретый до температуры 100 °C. Начальная температура воды в калориметре составляла 18 °C. После установления теплового равновесия общая температура стала равна 22 °C. Определите массу воды в калориметре. Удельная теплоемкость стали $c_{ст} = 500 \frac{Дж}{кг \cdot °C}$, удельная теплоемкость воды $c_{в} = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C}$, удельная теплоемкость меди $c_{м} = 385 \frac{Дж}{кг \cdot °C}$.
Дано:
$m_1 = 200 г$ (масса стального шарика)
$t_1 = 100 °C$ (начальная температура шарика)
$m_k = 150 г$ (масса калориметра)
$t_2 = 18 °C$ (начальная температура воды и калориметра)
$t = 22 °C$ (конечная температура)
$c_1 = c_{ст} = 500 \frac{Дж}{кг \cdot °C}$
$c_2 = c_{в} = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C}$
$c_k = c_{м} = 385 \frac{Дж}{кг \cdot °C}$
Перевод в СИ:
$m_1 = 0.2 кг$
$m_k = 0.15 кг$
Температуру можно оставить в градусах Цельсия (°C), так как в формулах теплового баланса используется разность температур, которая одинакова как в шкале Цельсия, так и в шкале Кельвина.
Найти:
$m_2$ — ?
Решение:
Запишем уравнение теплового баланса. Количество теплоты, отданное горячим стальным шариком ($Q_1$), равно сумме количеств теплоты, полученных холодной водой ($Q_2$) и калориметром ($Q_k$).
$Q_1 = Q_2 + Q_k$
Распишем каждое слагаемое по формуле $Q=cm\Delta t$:
Количество теплоты, отданное шариком:
$Q_1 = c_1 m_1 (t_1 - t)$
Количество теплоты, полученное водой:
$Q_2 = c_2 m_2 (t - t_2)$
Количество теплоты, полученное калориметром:
$Q_k = c_k m_k (t - t_2)$
Подставим эти выражения в уравнение теплового баланса:
$c_1 m_1 (t_1 - t) = c_2 m_2 (t - t_2) + c_k m_k (t - t_2)$
Вынесем общий множитель $(t - t_2)$ в правой части уравнения:
$c_1 m_1 (t_1 - t) = (c_2 m_2 + c_k m_k) (t - t_2)$
Выразим из этого уравнения искомую массу воды $m_2$. Сначала выразим скобку $(c_2 m_2 + c_k m_k)$:
$c_2 m_2 + c_k m_k = \frac{c_1 m_1 (t_1 - t)}{t - t_2}$
Теперь выразим $c_2 m_2$:
$c_2 m_2 = \frac{c_1 m_1 (t_1 - t)}{t - t_2} - c_k m_k$
И, наконец, саму массу $m_2$:
$m_2 = \frac{1}{c_2} \left( \frac{c_1 m_1 (t_1 - t)}{t - t_2} - c_k m_k \right)$
Подставим числовые значения в полученную формулу:
$m_2 = \frac{1}{4200} \left( \frac{500 \cdot 0.2 \cdot (100 - 22)}{22 - 18} - 385 \cdot 0.15 \right)$
$m_2 = \frac{1}{4200} \left( \frac{100 \cdot 78}{4} - 57.75 \right)$
$m_2 = \frac{1}{4200} \left( \frac{7800}{4} - 57.75 \right)$
$m_2 = \frac{1}{4200} (1950 - 57.75)$
$m_2 = \frac{1892.25}{4200}$
$m_2 \approx 0.4505 кг$
Переведем массу в граммы и округлим:
$m_2 \approx 451 г$
Ответ: масса воды в калориметре $m_2$ составляет примерно 451 г.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 10 класс, для упражнения номер 4 расположенного на странице 460 к учебнику 2021 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №4 (с. 460), автора: Касьянов (Валерий Алексеевич), ФГОС (старый) углублённый уровень обучения учебного пособия издательства Просвещение.