Номер №1, страница 286 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Лабораторные работы - номер №1, страница 286.

Условие.

Лабораторная работа 1

СРАВНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВ ТЕПЛОТЫ ПРИ СМЕШИВАНИИ ВОДЫ РАЗНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

Цель работы: изучить явление теплообмена на примере смешивания воды разной температуры и сравнить количество теплоты, отданное горячей водой, с количеством теплоты, полученным холодной водой.

Оборудование: калориметр, измерительный цилиндр (мензурка), термометр.

Указания к выполнению работы

1. Отмерьте мензуркой 100 мл холодной воды (массой $m = 100\text{ г}$) и перелейте её в калориметр.

2. Измерьте температуру $t_1$ холодной воды в калориметре.

3. Налейте в мензурку 100 мл горячей воды.

4. Измерьте температуру $t_2$ горячей воды в мензурке.

5. Осторожно перелейте горячую воду в калориметр, помешайте термометром полученную смесь и измерьте её температуру $\text{t}$.

6. Перенесите таблицу в тетрадь. Результаты измерений занесите в таблицу.

$\text{m}$, кг	$t_1$, °С	$t_2$, °С	$\text{t}$, °С

7. Рассчитайте количество теплоты, отданное горячей водой.

8. Рассчитайте количество теплоты, полученное холодной водой.

9. Сравните количество теплоты, отданное горячей водой, с количеством теплоты, полученным холодной водой, и сделайте вывод.

Решение.

Для выполнения расчетов и выводов необходимо сначала провести измерения и заполнить таблицу. Так как реальный эксперимент не проводился, мы воспользуемся гипотетическими, но реалистичными данными, которые могли бы быть получены в ходе лабораторной работы.

Предположим, что в результате измерений были получены следующие значения:

• Масса холодной и горячей воды одинакова: $m_1 = m_2 = 100$ г.
• Начальная температура холодной воды: $t_1 = 20 °C$.
• Начальная температура горячей воды: $t_2 = 80 °C$.
• Температура смеси после установления теплового равновесия: $t = 48 °C$.

Заполним таблицу на основе этих данных.

6. Перенесите таблицу в тетрадь. Результаты измерений занесите в таблицу.

$m, \text{кг}$	$t_1°C$	$t_2°C$	$t°C$
0,1	20	80	48

Теперь выполним требуемые расчеты.

7. Рассчитайте количество теплоты, отданное горячей водой.

Дано:

$c = 4200 \, \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot ^\circ\text{C}}$ (удельная теплоемкость воды)
$m_2 = 100 \, \text{г}$
$t_2 = 80 °C$
$t = 48 °C$

Перевод в СИ:
$m_2 = 100 \, \text{г} = 0,1 \, \text{кг}$

Найти:

$Q_{отд} \, - \, ?$

Решение:
Количество теплоты, отданное горячей водой при остывании, рассчитывается по формуле:
$Q_{отд} = c \cdot m_2 \cdot (t_2 - t)$
Подставим наши значения:
$Q_{отд} = 4200 \, \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot ^\circ\text{C}} \cdot 0,1 \, \text{кг} \cdot (80 °C - 48 °C)$
$Q_{отд} = 420 \cdot 32 \, \text{Дж} = 13440 \, \text{Дж}$

Ответ: количество теплоты, отданное горячей водой, составляет $13440 \, \text{Дж}$.

8. Рассчитайте количество теплоты, полученное холодной водой.

Дано:

$c = 4200 \, \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot ^\circ\text{C}}$
$m_1 = 100 \, \text{г}$
$t_1 = 20 °C$
$t = 48 °C$

Перевод в СИ:
$m_1 = 100 \, \text{г} = 0,1 \, \text{кг}$

Найти:

$Q_{пол} \, - \, ?$

Решение:
Количество теплоты, полученное холодной водой при нагревании, рассчитывается по формуле:
$Q_{пол} = c \cdot m_1 \cdot (t - t_1)$
Подставим наши значения:
$Q_{пол} = 4200 \, \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot ^\circ\text{C}} \cdot 0,1 \, \text{кг} \cdot (48 °C - 20 °C)$
$Q_{пол} = 420 \cdot 28 \, \text{Дж} = 11760 \, \text{Дж}$

Ответ: количество теплоты, полученное холодной водой, составляет $11760 \, \text{Дж}$.

9. Сравните количество теплоты, отданное горячей водой, с количеством теплоты, полученным холодной водой, и сделайте вывод.

Сравним полученные значения: $Q_{отд} = 13440 \, \text{Дж}$ и $Q_{пол} = 11760 \, \text{Дж}$.
Мы видим, что $Q_{отд} > Q_{пол}$. Количество теплоты, отданное горячей водой, оказалось больше, чем количество теплоты, полученное холодной водой.

Вывод: В идеальных условиях, при отсутствии теплообмена с окружающей средой, количество теплоты, отданное горячей водой, должно быть равно количеству теплоты, полученному холодной водой (закон сохранения энергии). Однако в реальном эксперименте всегда существуют тепловые потери: часть тепла от горячей воды передается не только холодной воде, но и калориметру, а также окружающему воздуху. Из-за этих потерь количество теплоты, полученное холодной водой ($Q_{пол}$), оказывается меньше количества теплоты, отданного горячей водой ($Q_{отд}$). Расхождение в результатах ($13440 \, \text{Дж}$ и $11760 \, \text{Дж}$) объясняется именно этими неизбежными теплопотерями. Тем не менее, значения близки по порядку величины, что подтверждает явление теплообмена и справедливость уравнения теплового баланса с учетом погрешностей измерений и теплопотерь.

Ответ: Количество теплоты, отданное горячей водой ($13440 \, \text{Дж}$), больше количества теплоты, полученного холодной водой ($11760 \, \text{Дж}$), что объясняется неизбежными потерями тепла в окружающую среду и на нагрев калориметра.