Номер 1, страница 270 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 82. Фазовые переходы. Уравнение теплового баланса. Глава 13. Основы термодинамики - номер 1, страница 270.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Сравнение значений удельной теплоёмкости воды и железа

Для сравнения удельной теплоёмкости воды и железа воспользуемся табличными значениями этих величин.

Дано:

Удельная теплоёмкость воды: $c_{воды} = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °С}$

Удельная теплоёмкость железа: $c_{железа} = 450 \frac{Дж}{кг \cdot °С}$

Найти:

Во сколько раз удельная теплоёмкость воды больше удельной теплоёмкости железа, то есть найти отношение $\frac{c_{воды}}{c_{железа}}$.

Решение:

Удельная теплоёмкость вещества — это физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 1 °С.

Чтобы сравнить значения, найдём их отношение:

$\frac{c_{воды}}{c_{железа}} = \frac{4200 \frac{Дж}{кг \cdot °С}}{450 \frac{Дж}{кг \cdot °С}} = \frac{420}{45} = \frac{28}{3} \approx 9,33$

Таким образом, удельная теплоёмкость воды приблизительно в 9,33 раза больше, чем удельная теплоёмкость железа. Это означает, что для нагревания 1 кг воды на 1 °С требуется в 9,33 раза больше энергии, чем для нагревания 1 кг железа на ту же величину. И наоборот, при остывании вода отдаст в 9,33 раза больше теплоты, чем железо той же массы при одинаковом изменении температуры.

Ответ: Удельная теплоёмкость воды ($4200 \frac{Дж}{кг \cdot °С}$) приблизительно в 9,33 раза больше удельной теплоёмкости железа ($450 \frac{Дж}{кг \cdot °С}$).

---

Почему теплоёмкости жидкостей больше, чем теплоёмкости твёрдых веществ

Различие в теплоёмкости жидкостей и твёрдых тел объясняется особенностями их внутреннего строения и характером движения составляющих их частиц (атомов или молекул).

Когда мы нагреваем тело, мы сообщаем ему энергию, которая идёт на увеличение его внутренней энергии. Внутренняя энергия складывается из кинетической энергии движения частиц и потенциальной энергии их взаимодействия.

1. В твёрдых телах:

   Частицы (атомы или ионы) жёстко закреплены в узлах кристаллической решётки. Они не могут свободно перемещаться, а лишь совершают колебательные движения около своих положений равновесия. Подводимая теплота в основном увеличивает кинетическую энергию этих колебаний, что и воспринимается нами как повышение температуры.

2. В жидкостях:

   Частицы в жидкостях расположены близко друг к другу, но не имеют строгого порядка и могут перемещаться относительно друг друга (поступательное движение). Помимо колебательного движения, молекулы могут также вращаться. Поэтому подводимая энергия в жидкостях расходуется не только на увеличение скорости движения частиц (увеличение кинетической энергии), но и на совершение работы против сил межмолекулярного притяжения при их перемещении и изменении взаимного расположения. Этот расход энергии на увеличение потенциальной энергии взаимодействия частиц очень значителен.

Таким образом, для того чтобы повысить температуру жидкости на 1 °С (то есть увеличить среднюю кинетическую энергию её частиц на определённую величину), требуется большее количество теплоты, чем для твёрдого тела. Это происходит потому, что значительная часть этой теплоты "отвлекается" на увеличение потенциальной энергии, связанной с изменением структуры жидкости и преодолением межмолекулярных сил. Особенно ярко это проявляется у воды, где сильные водородные связи требуют большого количества энергии на их частичное разрушение при нагревании.

Ответ: Теплоёмкости жидкостей, как правило, больше теплоёмкостей твёрдых веществ, потому что в жидкостях подводимая тепловая энергия расходуется не только на увеличение кинетической энергии частиц (нагрев), но и в значительной степени на работу по преодолению сил межмолекулярного взаимодействия при перемещении частиц, то есть на увеличение их потенциальной энергии.