Номер 143, страница 27 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Количество теплоты. Удельная теплоёмкость - номер 143, страница 27.

Условие.

► 143. Вода и подсолнечное масло обладают разной удельной теплоёмкостью. Опишите опыт, который позволил бы продемонстрировать различие удельной теплоёмкости жидкостей. Для проведения опыта можно использовать две одинаковые электрические плитки (или спиртовки), два стакана (один с водой, другой с подсолнечным маслом) и два одинаковых термометра. Установка для проведения опыта показана на рисунке 23.

Рис. 23

Решение.

Для того чтобы продемонстрировать различие удельной теплоёмкости воды и подсолнечного масла, необходимо провести сравнительный эксперимент по их нагреванию.

Решение

Цель опыта: Показать, что для нагревания одинаковой массы воды и подсолнечного масла на одинаковое число градусов требуется разное количество теплоты, или что при сообщении им одинакового количества теплоты они нагреются на разное число градусов. Это различие обусловлено разной удельной теплоёмкостью веществ.

Оборудование:

• Два одинаковых стакана.
• Две одинаковые электрические плитки или спиртовки.
• Два одинаковых термометра.
• Вода и подсолнечное масло.
• Весы для измерения одинаковой массы жидкостей.
• Секундомер.

Порядок проведения опыта:

1. С помощью весов отмерить одинаковые массы воды и подсолнечного масла (например, по 150 г) и налить их в два одинаковых стакана. Важно использовать именно одинаковые массы, а не объемы, так как плотности этих жидкостей различны.

2. Поместить в каждый стакан по термометру и измерить начальную температуру $T_{1}$ обеих жидкостей. Перед началом нагревания температуры должны быть одинаковыми (комнатная температура).

3. Поставить оба стакана на одинаковые нагреватели (электрические плитки или подставки со спиртовками).

4. Одновременно включить нагреватели и запустить секундомер. Поскольку нагреватели одинаковые, можно считать, что они передают жидкостям одинаковое количество теплоты $\text{Q}$ за одно и то же время.

5. Нагревать обе жидкости в течение одинакового промежутка времени (например, 5 минут).

6. По истечении этого времени одновременно выключить нагреватели и зафиксировать максимальную температуру, до которой нагрелись вода ($T_{2,воды}$) и масло ($T_{2,масла}$).

Наблюдение и анализ результатов:

В ходе эксперимента будет замечено, что за одно и то же время подсолнечное масло нагрелось до более высокой температуры, чем вода. То есть, $T_{2,масла} > T_{2,воды}$.

Следовательно, изменение температуры масла $\Delta T_{масла} = T_{2,масла} - T_{1}$ будет больше изменения температуры воды $\Delta T_{воды} = T_{2,воды} - T_{1}$.

Количество теплоты, полученное веществом при нагревании, определяется формулой:
$Q = c \cdot m \cdot \Delta T$
где $\text{c}$ — удельная теплоёмкость, $\text{m}$ — масса, $\Delta T$ — изменение температуры.

Из этой формулы выразим удельную теплоёмкость:
$c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T}$

В нашем эксперименте масса жидкостей ($\text{m}$) была одинаковой, и количество подведенной теплоты ($\text{Q}$) также было одинаковым. Значит, удельная теплоёмкость вещества обратно пропорциональна изменению его температуры: чем меньше нагрелось тело, тем больше его удельная теплоёмкость.

Поскольку $\Delta T_{масла} > \Delta T_{воды}$, можно сделать вывод, что удельная теплоёмкость масла меньше удельной теплоёмкости воды: $c_{масла} < c_{воды}$.

Ответ: Для демонстрации различия удельных теплоёмкостей нужно нагревать одинаковые массы воды и подсолнечного масла на одинаковых нагревателях в течение одинакового времени. В результате опыта масло нагреется сильнее воды. Так как масса жидкостей и полученное ими количество теплоты равны, то из формулы $c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T}$ следует, что удельная теплоёмкость той жидкости больше, которая нагрелась меньше. Следовательно, удельная теплоёмкость воды больше удельной теплоёмкости подсолнечного масла.