Лабораторная работа 2, страница 23 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава I. Тепловые явления. Параграф 3. Количество теплоты - страница 23.

Условие.

Лабораторная работа 2

Определение удельной теплоёмкости вещества

Цель работы: научиться измерять удельную теплоёмкость вещества.

Приборы и материалы: калориметр, мензурка, металлический цилиндр на нити, весы с разновесами, термометр, электрочайник (один на класс).

Подготовка к работе

1. Запишите формулы для расчёта количества теплоты, полученного водой от цилиндра и отданного цилиндром воде. Как изменилась внутренняя энергия воды и цилиндра?

2. Запишите уравнение теплового баланса для воды и цилиндра.

3. Выразите из уравнения теплового баланса удельную теплоёмкость вещества цилиндра.

Указания к работе

1. Начертите в тетради таблицу 3.

Таблица 3

Масса цилиндра $m_{\text{ц}}$, кг; Масса воды $m_{\text{в}}$, кг; Температура воды $t_{\text{в}}$, o С; Температура цилиндра после нагревания $t_{\text{ц}}$, o С; Температура воды после теплообмена $\text{t}$, o С; Удельная теплоёмкость вещества $c_{\text{ц}}$, Дж/кг·К

2. Определите массу металлического цилиндра.

3. Отмерьте при помощи мензурки 150 г воды и налейте её во внутренний стакан калориметра.

4. Измерьте температуру холодной воды.

5. Прогрейте цилиндр в кипящей воде, затем осторожно и быстро перенесите его в калориметр. Помешивая воду, следите за показаниями термометра. Заметьте температуру $\text{t}$, которая установится в результате теплообмена.

6. По результатам измерений определите удельную теплоёмкость вещества:

$c_{\text{ц}} = \frac{c_{\text{в}} m_{\text{в}}(t - t_{\text{в}})}{m_{\text{ц}}(t_{\text{ц}} - t)}$

7. Сравните полученное значение удельной теплоёмкости вещества с табличным. Сделайте вывод, из какого вещества может быть изготовлен цилиндр.

Решение.

1. Запишите формулы для расчёта количества теплоты, полученного водой от цилиндра и отданного цилиндром воде. Как изменилась внутренняя энергия воды и цилиндра?

Количество теплоты, полученное водой ($Q_в$), которая нагревается от начальной температуры $t_в$ до конечной температуры $\text{t}$, рассчитывается по формуле:

$Q_в = c_в m_в (t - t_в)$

где $c_в$ — удельная теплоёмкость воды, $m_в$ — масса воды.

Количество теплоты, отданное цилиндром ($Q_ц$), который остывает от начальной температуры $t_ц$ до конечной температуры $\text{t}$, рассчитывается по формуле:

$Q_ц = c_ц m_ц (t_ц - t)$

где $c_ц$ — удельная теплоёмкость вещества цилиндра, $m_ц$ — масса цилиндра.

При теплообмене внутренняя энергия воды увеличилась, так как её температура возросла (она получила тепло). Внутренняя энергия цилиндра уменьшилась, так как его температура понизилась (он отдал тепло).

Ответ: Формула для количества теплоты, полученного водой: $Q_в = c_в m_в (t - t_в)$. Формула для количества теплоты, отданного цилиндром: $Q_ц = c_ц m_ц (t_ц - t)$. Внутренняя энергия воды увеличилась, а внутренняя энергия цилиндра уменьшилась.

2. Запишите уравнение теплового баланса для воды и цилиндра.

Уравнение теплового баланса для изолированной системы, состоящей из воды и цилиндра, основывается на законе сохранения энергии. В предположении, что теплообмен с окружающей средой отсутствует, количество теплоты, отданное горячим телом (цилиндром), равно количеству теплоты, полученному холодным телом (водой).

$Q_{отданное} = Q_{полученное}$

Подставив соответствующие выражения для количеств теплоты, получим уравнение теплового баланса:

$c_ц m_ц (t_ц - t) = c_в m_в (t - t_в)$

Ответ: Уравнение теплового баланса для воды и цилиндра имеет вид: $c_ц m_ц (t_ц - t) = c_в m_в (t - t_в)$.

3. Выразите из уравнения теплового баланса удельную теплоёмкость вещества цилиндра.

Чтобы найти удельную теплоёмкость вещества цилиндра ($c_ц$), необходимо решить уравнение теплового баланса относительно этой величины.

Исходное уравнение:

$c_ц m_ц (t_ц - t) = c_в m_в (t - t_в)$

Для того чтобы выразить $c_ц$, разделим обе части уравнения на произведение массы цилиндра $m_ц$ и разности температур $(t_ц - t)$:

$c_ц = \frac{c_в m_в (t - t_в)}{m_ц (t_ц - t)}$

Ответ: Удельная теплоёмкость вещества цилиндра выражается формулой: $c_ц = \frac{c_в m_в (t - t_в)}{m_ц (t_ц - t)}$.