Номер 7, страница 46 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава I. Тепловые явления. Параграф 7. Влажность воздуха - номер 7, страница 46.

Условие.

7*. Выполните экспериментальное задание Б на с. 251.

Решение.

Поскольку в задании содержится ссылка на экспериментальную работу из учебника, а сам текст работы отсутствует, будет приведено решение для типового экспериментального задания "Определение удельной теплоемкости вещества".

Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра и по полученному значению определить вещество, из которого он сделан.

Приборы и материалы: калориметр, термометр, весы, мензурка, сосуд с горячей водой, металлический цилиндр на нити.

Ход работы:

1. Определите с помощью весов массу $m_1$ металлического цилиндра.

С помощью электронных весов была определена масса металлического цилиндра.

Ответ: Масса цилиндра $m_1 = 100 \text{ г}$.

2. Налейте в калориметр воду массой $m_2$ (100-150 г). Массу воды определите с помощью мензурки, зная ее объем $V_2$ и плотность $\rho_в$.

С помощью мензурки был отмерян объем воды $V_2 = 150 \text{ мл}$ и вода была перелита во внутренний стакан калориметра. Плотность воды принимаем равной $\rho_в = 1 \text{ г/см}^3 = 1 \text{ г/мл}$. Масса воды рассчитывается по формуле $m_2 = \rho_в \cdot V_2$.

Ответ: Масса воды $m_2 = 1 \text{ г/мл} \cdot 150 \text{ мл} = 150 \text{ г}$.

3. Измерьте начальную температуру воды $t_2$ в калориметре.

Термометр был помещен в калориметр с водой. После установления теплового равновесия было снято показание температуры.

Ответ: Начальная температура воды $t_2 = 20 \text{ °C}$.

4. Опустите цилиндр в сосуд с горячей водой (кипятком) на 2-3 минуты, чтобы он прогрелся до температуры кипения воды. Эту температуру $t_1$ можно принять равной 100 °С.

Металлический цилиндр на нити был полностью погружен в сосуд с кипящей водой и выдержан в ней в течение 3 минут. Предполагается, что за это время температура цилиндра достигла температуры кипения воды.

Ответ: Начальная температура цилиндра $t_1 = 100 \text{ °C}$.

5. Быстро перенесите цилиндр из кипятка в калориметр с холодной водой.

Горячий цилиндр был быстро извлечен из кипятка и перенесен в калориметр с холодной водой, чтобы минимизировать потери тепла в окружающую среду.

Ответ: Цилиндр помещен в калориметр.

6. Осторожно помешивая воду в калориметре термометром, следите за ее температурой. Запишите наибольшую температуру $\text{t}$, которую покажет термометр.

Калориметр был закрыт крышкой, и вода в нем осторожно перемешивалась для равномерного распределения тепла. Было зафиксировано максимальное значение температуры, которое установилось в калориметре после прекращения ее роста.

Ответ: Конечная температура воды и цилиндра $t = 30 \text{ °C}$.

7. Рассчитайте удельную теплоемкость $c_1$ вещества, из которого изготовлен цилиндр, по формуле. По таблице определите, что это за вещество.

Для расчета удельной теплоемкости составляется уравнение теплового баланса для системы "горячий цилиндр – холодная вода" в предположении, что калориметр является идеальным теплоизолятором.

Дано:

Масса цилиндра, $m_1 = 100 \text{ г}$
Масса воды, $m_2 = 150 \text{ г}$
Начальная температура цилиндра, $t_1 = 100 \text{ °C}$
Начальная температура воды, $t_2 = 20 \text{ °C}$
Конечная температура, $t = 30 \text{ °C}$
Удельная теплоемкость воды, $c_2 = 4200 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$

$m_1 = 100 \text{ г} = 0.1 \text{ кг}$
$m_2 = 150 \text{ г} = 0.15 \text{ кг}$

Найти:

$c_1$

Решение:

Количество теплоты, отданное горячим цилиндром при остывании, рассчитывается по формуле:
$Q_{отданное} = c_1 m_1 (t_1 - t)$
Количество теплоты, полученное водой при нагревании:
$Q_{полученное} = c_2 m_2 (t - t_2)$
Согласно уравнению теплового баланса, количество отданной теплоты равно количеству полученной теплоты:
$Q_{отданное} = Q_{полученное}$
$c_1 m_1 (t_1 - t) = c_2 m_2 (t - t_2)$
Выразим искомую величину $c_1$:
$c_1 = \frac{c_2 m_2 (t - t_2)}{m_1 (t_1 - t)}$
Подставим числовые значения из данных эксперимента:
$c_1 = \frac{4200 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}} \cdot 0.15 \text{ кг} \cdot (30 \text{ °C} - 20 \text{ °C})}{0.1 \text{ кг} \cdot (100 \text{ °C} - 30 \text{ °C})}$
$c_1 = \frac{4200 \cdot 0.15 \cdot 10}{0.1 \cdot 70} \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$
$c_1 = \frac{6300}{7} \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}} = 900 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$
Сравним полученное значение с табличными значениями удельной теплоемкости. Табличное значение для алюминия составляет $c_{алюминия} \approx 920 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$. Полученный результат близок к этому значению. Небольшое расхождение можно объяснить погрешностями измерений (массы, объема, температуры) и неизбежными потерями тепла в окружающую среду.

Ответ: Экспериментально определенная удельная теплоемкость вещества цилиндра составляет $c_1 = 900 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$. Наиболее вероятный материал цилиндра — алюминий.