Страница 28 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

6. От каких величин зависит количество теплоты, которое выделяется при охлаждении тела?

Решение

Количество теплоты, которое выделяется при охлаждении тела, зависит от нескольких физических величин. Эту зависимость описывает следующая формула:

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

В этой формуле $Q$ — это количество выделившейся теплоты, а остальные величины — это те факторы, от которых оно зависит:

1. Масса тела ($m$). Количество теплоты прямо пропорционально массе тела. Это означает, что чем больше масса охлаждаемого тела, тем большее количество теплоты оно выделит при одинаковом изменении температуры.

2. Разность температур ($(t_1 - t_2)$). Эта величина показывает, на сколько градусов охладилось тело. Чем больше разница между начальной ($t_1$) и конечной ($t_2$) температурой, тем больше теплоты выделится.

3. Род вещества, из которого состоит тело. Это свойство учитывается через коэффициент, называемый удельной теплоёмкостью ($c$). Удельная теплоёмкость — это физическая величина, которая для каждого вещества своя и показывает, какое количество теплоты выделяется при охлаждении 1 кг вещества на 1°C. Например, у воды и железа удельные теплоёмкости разные, поэтому при одинаковых массе и изменении температуры они выделят разное количество теплоты.

Таким образом, количество теплоты, выделяемое при охлаждении, определяется тремя основными величинами.

Ответ: количество теплоты, которое выделяется при охлаждении тела, зависит от массы этого тела, от величины изменения его температуры (разности начальной и конечной температур) и от рода вещества, из которого тело состоит (что характеризуется удельной теплоёмкостью).

В ходе лабораторных экспериментов были получены графики зависимости температуры жидкости от времени (рис. 19). Опишите, при каких условиях, с вашей точки зрения, температура жидкости может меняться со временем так, как показано на графиках.

Рис. 19

а) Этот график показывает процесс нагревания жидкости. Температура жидкости со временем растет, начиная с некоторого начального значения (на графике это 0 °C). Скорость нагрева не является постоянной, о чем свидетельствует криволинейная форма графика. Вначале наклон кривой максимален, что означает самую высокую скорость роста температуры. Со временем наклон уменьшается, и скорость нагрева падает.

Такое поведение описывается законом теплообмена Ньютона. Скорость изменения температуры тела пропорциональна разности температур между телом и окружающей средой. В данном случае жидкость помещена в среду с температурой $T_{окр}$, которая выше начальной температуры жидкости $t_0$. Скорость нагрева можно описать выражением: $\frac{\Delta t}{\Delta \tau} \sim (T_{окр} - t)$, где $t$ – текущая температура жидкости.

В начальный момент времени разность температур $(T_{окр} - t)$ максимальна, поэтому жидкость нагревается быстрее всего. По мере роста температуры жидкости $t$ эта разность уменьшается, что приводит к замедлению процесса нагрева. В конечном итоге температура жидкости асимптотически приблизится к температуре окружающей среды $T_{окр}$, и теплообмен прекратится, а температура стабилизируется.

Ответ: График описывает процесс нагревания холодной жидкости, помещенной в среду с постоянной более высокой температурой (например, стакан с холодной водой внесли в теплую комнату или поставили в термостат).

б) Этот график показывает процесс остывания жидкости. Температура жидкости со временем убывает, начиная с некоторого высокого начального значения. Скорость остывания непостоянна. Вначале график имеет наибольший наклон (по модулю), что говорит о максимальной скорости падения температуры. Со временем наклон становится более пологим, то есть процесс остывания замедляется.

Это классический пример, описываемый законом охлаждения Ньютона. Скорость потери тепла телом пропорциональна разности температур между телом и окружающей средой. Температура жидкости $t$ выше температуры окружающей среды $T_{окр}$. Скорость охлаждения можно описать выражением: $\frac{\Delta t}{\Delta \tau} \sim -(t - T_{окр})$.

В начальный момент разность температур $(t - T_{окр})$ максимальна, поэтому жидкость отдает тепло и остывает с наибольшей скоростью. По мере остывания жидкости ее температура $t$ падает, разность температур с окружающей средой уменьшается, и, следовательно, скорость остывания замедляется. В итоге температура жидкости асимптотически стремится к температуре окружающей среды $T_{окр}$.

Ответ: График описывает процесс остывания горячей жидкости, помещенной в среду с постоянной более низкой температурой (например, чашка с горячим чаем остывает при комнатной температуре).