Вариант 8, страница 69 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-3. Количество теплоты. Энергия топлива - страница 69.

Условие.

Вариант 8

1. Для песчаных почв характерны резкие изменения температуры, что затрудняет развитие некоторых культур. Объясните причину резкого изменения температуры.

2. Какова удельная теплота сгорания древесного угля, если установлено, что при полном сгорании 10 кг угля выделяется $34 \cdot 10^7$ Дж энергии?

3. В воду массой 5 кг, взятую при температуре $7 \text{ °C}$, погрузили железное тело, нагретое до $540 \text{ °C}$. Определите массу тела, если температура воды стала равной $40 \text{ °C}$.

Решение.

1. Резкие изменения температуры песчаных почв объясняются их низкой удельной теплоемкостью. Удельная теплоемкость — это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо для нагревания 1 кг вещества на 1 °C. У сухого песка это значение относительно невелико (около 830 Дж/(кг·°С)). Для сравнения, удельная теплоемкость воды, которая в значительных количествах содержится в других типах почв, очень высока (4200 Дж/(кг·°С)).

Из-за низкой теплоемкости песок не способен накапливать большое количество тепловой энергии. Днем под воздействием солнечного излучения он быстро и сильно нагревается, а ночью, когда источник тепла исчезает, он так же быстро отдает накопленное тепло и сильно остывает. Влажные почвы, благодаря высокой теплоемкости воды, днем нагреваются медленнее и не так сильно, а ночью медленнее остывают, что сглаживает суточные колебания температуры.

Ответ: Причиной резких изменений температуры песчаных почв является их низкая удельная теплоемкость, из-за которой они быстро нагреваются днем и быстро остывают ночью.

2. Дано:

$m = 10$ кг

$Q = 34 \cdot 10^7$ Дж

Найти:

$\text{q}$ - ?

Решение:

Количество теплоты $\text{Q}$, которое выделяется при полном сгорании топлива, рассчитывается по формуле:

$Q = q \cdot m$

где $\text{q}$ — удельная теплота сгорания топлива, $\text{m}$ — масса сгоревшего топлива.

Чтобы найти удельную теплоту сгорания, выразим $\text{q}$ из этой формулы:

$q = \frac{Q}{m}$

Подставим числовые значения:

$q = \frac{34 \cdot 10^7 \text{ Дж}}{10 \text{ кг}} = 3.4 \cdot 10^7 \text{ Дж/кг}$

Ответ: удельная теплота сгорания древесного угля равна $3.4 \cdot 10^7$ Дж/кг.

3. Дано:

$m_в = 5$ кг (масса воды)

$t_{1в} = 7$ °С (начальная температура воды)

$t_{1т} = 540$ °С (начальная температура железного тела)

$t_2 = 40$ °С (конечная температура воды и тела)

$c_в = 4200$ Дж/(кг·°С) (удельная теплоемкость воды)

$c_т = 460$ Дж/(кг·°С) (удельная теплоемкость железа)

Найти:

$m_т$ - ? (масса тела)

Решение:

При теплообмене между водой и железным телом, согласно закону сохранения энергии, количество теплоты, отданное горячим телом, равно количеству теплоты, полученному холодной водой (при условии, что теплообменом с окружающей средой можно пренебречь). Это можно записать в виде уравнения теплового баланса:

$Q_{отданное} = Q_{полученное}$

Количество теплоты, отданное железным телом при остывании:

$Q_{отданное} = c_т \cdot m_т \cdot (t_{1т} - t_2)$

Количество теплоты, полученное водой при нагревании:

$Q_{полученное} = c_в \cdot m_в \cdot (t_2 - t_{1в})$

Приравняем правые части выражений:

$c_т \cdot m_т \cdot (t_{1т} - t_2) = c_в \cdot m_в \cdot (t_2 - t_{1в})$

Выразим из этого уравнения искомую массу тела $m_т$:

$m_т = \frac{c_в \cdot m_в \cdot (t_2 - t_{1в})}{c_т \cdot (t_{1т} - t_2)}$

Подставим числовые значения и произведем расчет:

$m_т = \frac{4200 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°С}} \cdot 5 \text{ кг} \cdot (40 \text{ °С} - 7 \text{ °С})}{460 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°С}} \cdot (540 \text{ °С} - 40 \text{ °С})} = \frac{4200 \cdot 5 \cdot 33}{460 \cdot 500} = \frac{693000}{230000} \approx 3.013$ кг

Ответ: масса железного тела примерно равна 3 кг.