Номер 9, страница 59, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 6. Измерение удельной теплоёмкости. Уравнение теплового баланса - номер 9, страница 59.

Условие.

9. Почему для измерения теплоёмкости с помощью калориметра можно использовать уравнение теплового баланса?

Решение.

Использование уравнения теплового баланса для измерения теплоёмкости с помощью калориметра основано на фундаментальном законе физики — законе сохранения энергии, применимом к тепловым процессам в изолированной системе.

1. Роль калориметра. Калориметр — это прибор, основной задачей которого является создание теплоизолированной (адиабатической) системы. Его конструкция (например, двойные стенки с вакуумом или воздушной прослойкой между ними) сводит к минимуму теплообмен между содержимым прибора и окружающей средой. В такой идеализированной системе можно считать, что вся энергия, переданная от одних тел внутри калориметра, полностью поглощается другими телами внутри него, без потерь во внешнюю среду.

2. Уравнение теплового баланса. Этот принцип является прямым следствием закона сохранения энергии для замкнутой системы. Он гласит, что при теплообмене между телами в изолированной системе, сумма количеств теплоты, отданных более нагретыми телами, равна сумме количеств теплоты, полученных более холодными телами, до момента установления теплового равновесия (когда все тела достигают одинаковой конечной температуры).

Математически это записывается как:

$ \sum Q_{отданное} = \sum Q_{полученное} $

3. Процесс измерения. Для определения удельной теплоёмкости $c_{x}$ некоторого вещества, тело из этого вещества массой $m_{x}$, нагретое до известной температуры $t_{x}$, помещают в калориметр с жидкостью (обычно водой) массой $m_{в}$ и известной удельной теплоёмкостью $c_{в}$. Начальная температура жидкости и самого калориметра (массой $m_{к}$ и теплоёмкостью $c_{к}$) равна $t_{в}$. После установления теплового равновесия измеряется конечная общая температура $\theta$.

Нагретое тело отдает тепло:

$Q_{отданное} = c_{x} m_{x} (t_{x} - \theta)$

Вода и калориметр получают это тепло:

$Q_{полученное} = c_{в} m_{в} (\theta - t_{в}) + c_{к} m_{к} (\theta - t_{в})$

Так как процесс происходит в калориметре (изолированной системе), мы можем приравнять эти величины:

$c_{x} m_{x} (t_{x} - \theta) = (c_{в} m_{в} + c_{к} m_{к}) (\theta - t_{в})$

В этом уравнении удельная теплоёмкость $c_{x}$ является единственной неизвестной величиной. Все остальные параметры (массы, температуры, известные теплоёмкости) можно измерить или они известны заранее. Решая это уравнение относительно $c_{x}$, мы находим искомую теплоёмкость.

Ответ:

Уравнение теплового баланса можно использовать для измерения теплоёмкости с помощью калориметра, потому что калориметр создаёт условия теплоизолированной системы. В такой системе выполняется закон сохранения энергии, согласно которому количество теплоты, отданное горячими телами, равно количеству теплоты, полученному холодными. Это позволяет составить уравнение, связывающее искомую теплоёмкость с величинами, которые легко измерить в ходе эксперимента (массами и температурами).