Опыт 2, страница 29 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

Опыт 2. Возьмем два одинаковых сосуда. В один сосуд нальем 1 кг воды, в другой — 2 кг воды (рис. 7.1). Будем нагревать их в одинаковых условиях до одинаковой температуры. Для нагрева 2 кг воды потребуется в два раза больше времени, а значит, и количества теплоты. Следовательно, мы наблюдаем прямую пропорциональность между количеством теплоты и массой: $Q \sim m$.

Рис. 7.1

Опыт 2

В представленном тексте описывается физический опыт, цель которого — установить зависимость между количеством теплоты ($Q$), полученным телом, и его массой ($m$).

Ход эксперимента:

1. Берутся два одинаковых сосуда. В один наливают 1 кг воды, а в другой — 2 кг.

2. Предполагается, что начальная температура воды в обоих сосудах одинакова.

3. Оба сосуда начинают нагревать в одинаковых условиях, используя идентичные источники тепла (например, спиртовки, которые передают одинаковое количество теплоты за единицу времени).

4. Цель нагрева — достичь в обоих сосудах одинаковой конечной температуры. То есть, изменение температуры ($ \Delta T $) должно быть одинаковым для обеих масс воды.

Наблюдение и вывод:

В ходе эксперимента было замечено, что для нагрева 2 кг воды до той же конечной температуры требуется в два раза больше времени, чем для нагрева 1 кг воды. Поскольку нагреватели одинаковы, большее время нагрева означает, что было передано большее количество теплоты. Таким образом, для нагрева вдвое большей массы воды потребовалось вдвое большее количество теплоты.

Из этого наблюдения делается вывод о прямой пропорциональности между количеством теплоты ($Q$), необходимым для нагревания тела, и его массой ($m$), при условии, что вещество и изменение его температуры остаются постоянными. Математически это выражается как:

$ Q \sim m $

Эта зависимость является составной частью общей формулы для расчета количества теплоты, необходимого для нагревания (или выделяющегося при охлаждении):

$ Q = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1) = c \cdot m \cdot \Delta T $

где $c$ — удельная теплоемкость вещества (для воды ~$4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C}$), а $\Delta T$ — изменение температуры.

Опыт наглядно демонстрирует, что при постоянных $c$ и $\Delta T$, количество теплоты $Q$ прямо пропорционально массе $m$.

Примечание к рисунку 7.1: В тексте указано, что воду нагревают до одинаковой температуры. Однако на рисунке термометры показывают разные значения (30°C и 40°C). Вероятнее всего, это неточность иллюстрации, либо она изображает другой момент эксперимента — например, температуру воды в сосудах после нагревания в течение одинакового промежутка времени. В таком случае, меньшая масса (1 кг) нагрелась бы до более высокой температуры, что соответствует формуле $ \Delta T = \frac{Q}{c \cdot m} $. Тем не менее, основной вывод, который следует из текста, — это прямая зависимость количества теплоты от массы при одинаковом изменении температуры.

Ответ: Опыт демонстрирует прямую пропорциональную зависимость между количеством теплоты ($Q$), необходимым для нагрева тела, и его массой ($m$). Для нагрева 2 кг воды до той же температуры, что и 1 кг, требуется вдвое больше времени и, следовательно, вдвое большее количество теплоты. Это подтверждает соотношение $Q \sim m$, которое является частью формулы для расчета количества теплоты: $Q = c \cdot m \cdot \Delta T$.