Номер 1, страница 87 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 3. Электромагнитные явления. Контрольная работа № 4 (итоговая). Вариант 2 - номер 1, страница 87.

Условие.

1. На рисунке 115 приведён график изменения температуры воды с течением времени. Какие процессы произошли с водой? Какое количество теплоты выделилось в каждом из этих процессов? Объём воды равен 1 л.

Рис. 115

Решение.

На основе представленного графика можно выделить три последовательных процесса, которые произошли с водой. Ниже представлено описание каждого процесса и расчет количества выделившейся теплоты.

Дано:

$V = 1$ л

$t_1 = 20$ °C (начальная температура воды)

$t_2 = 0$ °C (температура кристаллизации)

$t_3 = -20$ °C (конечная температура льда)

$\rho_{воды} = 1000$ кг/м³ (плотность воды)

$c_{воды} = 4200$ Дж/(кг·°C) (удельная теплоёмкость воды)

$\lambda = 3,3 \cdot 10^5$ Дж/кг (удельная теплота кристаллизации воды)

$c_{льда} = 2100$ Дж/(кг·°C) (удельная теплоёмкость льда)

Перевод в систему СИ:

$V = 1 \text{ л} = 1 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

Найти:

$Q_1$ - количество теплоты при охлаждении воды

$Q_2$ - количество теплоты при кристаллизации воды

$Q_3$ - количество теплоты при охлаждении льда

Решение:

Прежде всего, определим массу воды по её объему и плотности:

$m = \rho_{воды} \cdot V = 1000 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3} \cdot 1 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 1$ кг.

Теперь рассчитаем количество теплоты для каждого процесса.

1. Процесс охлаждения воды

На первом участке графика, в интервале времени от 0 до 10 минут, происходит охлаждение жидкой воды от начальной температуры $t_1 = 20$ °C до температуры замерзания $t_2 = 0$ °C. Количество выделившейся теплоты $Q_1$ находим по формуле:

$Q_1 = c_{воды} \cdot m \cdot (t_1 - t_2)$

$Q_1 = 4200 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}} \cdot 1 \text{ кг} \cdot (20 \text{ °C} - 0 \text{ °C}) = 84000 \text{ Дж} = 84 \text{ кДж}$.

Ответ: в процессе охлаждения воды выделилось 84 кДж теплоты.

2. Процесс кристаллизации (замерзания) воды

На втором участке, в интервале от 10 до 50 минут, температура вещества остается постоянной ($t_2 = 0$ °C). В это время происходит фазовый переход — кристаллизация воды, то есть превращение её в лёд. Количество выделившейся теплоты $Q_2$ находим по формуле:

$Q_2 = \lambda \cdot m$

$Q_2 = 3,3 \cdot 10^5 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} \cdot 1 \text{ кг} = 330000 \text{ Дж} = 330 \text{ кДж}$.

Ответ: в процессе кристаллизации воды выделилось 330 кДж теплоты.

3. Процесс охлаждения льда

На третьем участке, в интервале от 50 до 60 минут, происходит охлаждение уже образовавшегося льда от температуры $t_2 = 0$ °C до конечной температуры $t_3 = -20$ °C. Количество выделившейся теплоты $Q_3$ находим по формуле:

$Q_3 = c_{льда} \cdot m \cdot (t_2 - t_3)$

$Q_3 = 2100 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}} \cdot 1 \text{ кг} \cdot (0 \text{ °C} - (-20 \text{ °C})) = 2100 \cdot 20 \text{ Дж} = 42000 \text{ Дж} = 42 \text{ кДж}$.

Ответ: в процессе охлаждения льда выделилось 42 кДж теплоты.