Классы
Предметы

Решение задач по теме «Нагревание и плавление кристаллических тел»

Этот видеоурок доступен по абонементу
Подробнее об абонементе, платных и бесплатных уроках

У вас уже есть абонемент? Войти

Оплатить абонементот 75 руб. в месяц
У вас уже есть абонемент? Войти
Решение задач по теме «Нагревание и плавление кристаллических тел»

На уроке мы повторим изученные нами процессы изменения внутренней энергии тела путем теплопередачи – это нагревание (охлаждение) и плавление (кристаллизация). Мы вспомним формулы, которые позволяют рассчитывать значения величин, характеризующих эти процессы, и их единицы измерения. Затем решим два примера на нахождение количества теплоты и на определения вещества, которое участвует в тепловых процессах, и его температуры плавления.

Повторение формул расчета количества теплоты и работа с таблицей тепловых характеристик веществ

На предыдущих уроках мы говорили о процессах передачи телу количества теплоты и уже знаем, что это приводит к увеличению его внутренней энергии, что может проявляться, насколько нам пока известно, двумя способами: увеличением температуры или плавлением тела при постоянной температуре.

Повторим формулы, которые позволяют рассчитывать значения количества теплоты при упомянутых нами процессах.

Количество теплоты, необходимое для нагрева тела: .

Обозначения:

 удельная теплоемкость вещества, ;

 масса тела, кг;

 разность температур тела, o;

 количество теплоты, Дж.

Количество теплоты, необходимое для плавления тела: .

Обозначения:

 удельная теплота плавления вещества, ;

 масса тела, кг.

Суммарное количество теплоты, переданное телу при нескольких последовательных тепловых процессах: .

Уделим отдельное внимание величинам  и , они характеризуют тепловые свойства веществ и являются табличными величинами, которые заранее измерили в лабораторных условиях. Для наглядности приведем в пример небольшую часть таблицы с несколькими веществами и их тепловыми характеристиками.

Вещество

Удельная теплота плавления ,

Удельная теплоемкость

Температура плавления  o

Лед

2100

0

Вода

4200

Медь

400

1085

Заметим, что для воды значения удельной теплоты плавления и температуры плавления не заданы, т. к. она и так находится в жидком состоянии. Температура плавления веществ указана при нормальном (атмосферном) давлении, при других значениях давления она может меняться.

Пример задачи на расчет количества теплоты при нагреве тела с агрегатным переходом

Рассмотрим примеры решения задач.

Пример 1. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы 200 г льда, взятого при температуре , превратить в воду при температуре ?

Решение. Дано: . Найти:

Для удобства представления процессов, происходящих при передаче тепла льду можно изобразить график зависимости температуры нагреваемого тела от времени (рис. 1).

Рис. 1.

Опишем все происходящие процессы: 1) от температуры  до  (точка А) лед нагревается; 2) от точки А до точки В происходит процесс плавления льда при постоянной температуре ; 3) после окончания процесса плавления происходит нагревание образовавшейся изо льда воды от температуры  (точка В) до .

Поскольку при расчете необходимого количества теплоты нам необходимо будет описывать процессы нагревания льда, его плавления и нагревания воды, то нам понадобятся табличные значения соответствующих этим процессам тепловых характеристик веществ. Выпишем их из указанной ранее таблицы: удельная теплоемкость льда , удельная теплота плавления льда , температура плавления льда , удельная теплоемкость воды .

Необходимое для совершения всех тепловых процессов количество теплоты будет являться суммой количеств теплоты, переданных телу на каждом из этапов: .

Количество теплоты, необходимое для нагревания льда от начальной температуры до температуры плавления: . Из того, что значение количества теплоты получилось положительным, можно сделать вывод, что лед получает тепло, т. е. увеличивает свою внутреннюю энергию, что логично.

Количество теплоты, необходимое для плавления льда:.

Важно понимать, что после плавления льда образуется вода такой же массы при температуре , а не сразу при температуре , до которой ее необходимо довести по условию задачи. Таким образом, еще следует рассчитать количество теплоты для нагрева образовавшейся изо льда воды.

Количество теплоты, необходимое для нагревания воды от температуры  до температуры : .

Найдем общее необходимое количество теплоты: .

Замечание. Большие количества энергий удобно рассчитывать в кДж.

Ответ..

Пример задачи на определение вещества по его тепловым характеристикам

Пример 2. Металлический образец массой 2 кг взят при температуре плавления и полностью расплавлен, при этом было израсходовано 420 кДж теплоты. Определите, что это за вещество и чему равна температура плавления этого металла?

Решение. Дано: . Найти  Для определения, из какого вещества изготовлен металлический образец, определим его удельную теплоту плавления и по таблице найдем, какому веществу она соответствует, затем по той же таблице восстановим соответствующую температуру плавления.

Воспользуемся формулой количества теплоты плавления, которой нам будет достаточно, т. к. образец уже находится при температуре плавления: , что по указанной нами выше таблице соответствует меди, а ее температура плавления равна .

Ответ. Медь; .

На следующем уроке мы подробно рассмотрим еще один процесс агрегатного превращения вещества – испарение.

 

Список литературы

  1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Классная физика (Источник).
  2. Портал для семейного просмотра (Источник).
  3. YouTube (Источник).

 

Домашнее задание

  1. Стр. 39: задание № 2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. На сколько можно было бы нагреть 1 кг воды за счет тепла для таяния 1 кг льда при ?
  3. В стальном тигле массой 500 г мастер расплавил 200 г олова. Какое количество теплоты было затрачено, если начальная температура олова ?
  4. К находящемуся в калориметре мокрому снегу массой 500 г добавили 500 г кипятка. После установления теплового равновесия температура в калориметре достигла . Сколько воды содержалось в снегу?