Номер 22.5, страница 51 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Ханнанова

Тепловые явления - номер 22.5, страница 51.

Условие.

Задание 22.5. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени при её равномерном нагревании.

а) Как называется процесс, соответствующий каждому участку графика?

AB: _______

BC: _______

CD: _______

DE: _______

б) Вычислите количество теплоты, которое необходимо передать воде для превращения её в пар при $100 ^\circ C$, если масса воды равна 500 г. Какому участку графика этот процесс соответствует?

Дано:	СИ	Решение:

Ответ:

в) Вычислите количество теплоты, необходимое для нагревания воды от $0 ^\circ C$ до температуры кипения. Масса воды 500 г. Какому участку графика этот процесс соответствует?

Дано:	СИ	Решение:

Ответ:

г) Вычислите количество теплоты, которое необходимо передать льду при температуре $0 ^\circ C$, чтобы полностью его расплавить. Масса льда равна 500 г. Какому участку графика этот процесс соответствует?

Дано:	СИ	Решение:

Ответ:

д) Вычислите количество теплоты, которое необходимо передать льду массой 500 г, чтобы нагреть его от $-40 ^\circ C$ до температуры плавления. Какому участку графика этот процесс соответствует?

Дано:	СИ	Решение:

Ответ:

е) Используя ответы, полученные при выполнении заданий б–д, вычислите количество теплоты, которое необходимо передать льду массой 500 г, чтобы изменение его температуры от времени можно было охарактеризовать графиком, приведённым на рисунке.

Дано:	Решение:

Ответ:

Решение.

а) Как называется процесс, соответствующий каждому участку графика?

На графике изображены следующие процессы:

AB: На этом участке температура вещества в твёрдом состоянии (льда) увеличивается от $-40$ °С до $\text{0}$ °С. Это процесс нагревания льда.

BC: На этом участке температура вещества остаётся постоянной ($\text{0}$ °С), хотя тепло продолжает подводиться. Это температура плавления льда. Происходит фазовый переход из твёрдого состояния в жидкое — плавление льда.

CD: На этом участке температура вещества в жидком состоянии (воды) увеличивается от $\text{0}$ °С до $100$ °С. Это процесс нагревания воды.

DE: На этом участке температура вещества остаётся постоянной ($100$ °С), что является температурой кипения воды. Происходит фазовый переход из жидкого состояния в газообразное — парообразование (кипение) воды.

Ответ: AB: нагревание льда; BC: плавление льда; CD: нагревание воды; DE: парообразование (кипение) воды.

б) Вычислите количество теплоты, которое необходимо передать воде для превращения её в пар при 100 °С, если масса воды равна 500 г. Какому участку графика этот процесс соответствует?

Дано:

$m = 500 \text{ г}$

$t = 100 \text{ °С}$

СИ:

$m = 0.5 \text{ кг}$

Найти:

$\text{Q}$ - ?

Решение:

Процесс превращения воды в пар при постоянной температуре кипения называется парообразованием. На графике этому процессу соответствует горизонтальный участок DE, где температура равна $100$ °С.

Количество теплоты, необходимое для парообразования, вычисляется по формуле:

$Q = L \cdot m$

где $\text{L}$ — удельная теплота парообразования воды, $L = 2.3 \cdot 10^6$ Дж/кг.

Подставим значения в формулу:

$Q = 2.3 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} \cdot 0.5 \text{ кг} = 1.15 \cdot 10^6 \text{ Дж} = 1150 \text{ кДж}$.

Ответ: Процесс соответствует участку DE. Необходимо передать $1.15 \cdot 10^6$ Дж (или 1150 кДж) теплоты.

в) Вычислите количество теплоты, необходимое для нагревания воды от 0 °С до температуры кипения. Масса воды 500 г. Какому участку графика этот процесс соответствует?

Дано:

$m = 500 \text{ г}$

$t_1 = 0 \text{ °С}$

$t_2 = 100 \text{ °С}$

СИ:

$m = 0.5 \text{ кг}$

Найти:

$\text{Q}$ - ?

Решение:

Процесс нагревания воды от температуры плавления ($\text{0}$ °С) до температуры кипения ($100$ °С) на графике соответствует наклонному участку CD.

Количество теплоты, необходимое для нагревания, вычисляется по формуле:

$Q = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1)$

где $\text{c}$ — удельная теплоёмкость воды, $c = 4200$ Дж/(кг·°С).

Подставим значения в формулу:

$Q = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °С} \cdot 0.5 \text{ кг} \cdot (100 \text{ °С} - 0 \text{ °С}) = 2100 \cdot 100 \text{ Дж} = 210000 \text{ Дж} = 210 \text{ кДж}$.

Ответ: Процесс соответствует участку CD. Необходимо $210000$ Дж (или 210 кДж) теплоты.

г) Вычислите количество теплоты, которое необходимо передать льду при температуре 0 °С, чтобы полностью его расплавить. Масса льда равна 500 г. Какому участку графика этот процесс соответствует?

Дано:

$m = 500 \text{ г}$

$t = 0 \text{ °С}$

СИ:

$m = 0.5 \text{ кг}$

Найти:

$\text{Q}$ - ?

Решение:

Процесс плавления льда при постоянной температуре $\text{0}$ °С на графике соответствует горизонтальному участку BC.

Количество теплоты, необходимое для плавления, вычисляется по формуле:

$Q = \lambda \cdot m$

где $\lambda$ — удельная теплота плавления льда, $\lambda = 3.3 \cdot 10^5$ Дж/кг.

Подставим значения в формулу:

$Q = 3.3 \cdot 10^5 \frac{Дж}{кг} \cdot 0.5 \text{ кг} = 1.65 \cdot 10^5 \text{ Дж} = 165000 \text{ Дж} = 165 \text{ кДж}$.

Ответ: Процесс соответствует участку BC. Необходимо $165000$ Дж (или 165 кДж) теплоты.

д) Вычислите количество теплоты, которое необходимо передать льду массой 500 г, чтобы нагреть его от -40 °С до температуры плавления. Какому участку графика этот процесс соответствует?

Дано:

$m = 500 \text{ г}$

$t_1 = -40 \text{ °С}$

$t_2 = 0 \text{ °С}$

СИ:

$m = 0.5 \text{ кг}$

Найти:

$\text{Q}$ - ?

Решение:

Процесс нагревания льда от $-40$ °С до температуры плавления ($\text{0}$ °С) на графике соответствует наклонному участку AB.

Количество теплоты, необходимое для нагревания, вычисляется по формуле:

$Q = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1)$

где $\text{c}$ — удельная теплоёмкость льда, $c = 2100$ Дж/(кг·°С).

Подставим значения в формулу:

$Q = 2100 \frac{Дж}{кг \cdot °С} \cdot 0.5 \text{ кг} \cdot (0 \text{ °С} - (-40 \text{ °С})) = 1050 \cdot 40 \text{ Дж} = 42000 \text{ Дж} = 42 \text{ кДж}$.

Ответ: Процесс соответствует участку AB. Необходимо $42000$ Дж (или 42 кДж) теплоты.

е) Используя ответы, полученные при выполнении заданий б–д, вычислите количество теплоты, которое необходимо передать льду массой 500 г, чтобы изменение его температуры от времени можно было охарактеризовать графиком, приведённым на рисунке.

Дано:

$Q_{АВ} = 42000 \text{ Дж}$ (из пункта д)

$Q_{ВС} = 165000 \text{ Дж}$ (из пункта г)

$Q_{СD} = 210000 \text{ Дж}$ (из пункта в)

$Q_{DE} = 1150000 \text{ Дж}$ (из пункта б)

Найти:

$Q_{общ}$ - ?

Решение:

Общее количество теплоты, необходимое для осуществления всех процессов, показанных на графике от точки A до точки E, равно сумме количеств теплоты, затраченных на каждом участке:

$Q_{общ} = Q_{АВ} + Q_{ВС} + Q_{СD} + Q_{DE}$

Подставим значения, вычисленные в предыдущих пунктах:

$Q_{общ} = 42000 \text{ Дж} + 165000 \text{ Дж} + 210000 \text{ Дж} + 1150000 \text{ Дж}$

$Q_{общ} = 1567000 \text{ Дж} = 1567 \text{ кДж}$.

Ответ: Общее количество теплоты составляет $1567000$ Дж (или 1567 кДж).