Удельная теплоемкость. Уравнение теплового баланса
Третий уровень
4.46. В алюминиевый калориметр, в котором была вода массой 200 г при температуре 10 °С, положили медный брусок массой 150 г, температура которого 100 °С. Определите температуру воды после установления теплового равновесия. Масса калориметра 100 г.
4.47. Температура холодной и горячей воды соответственно 12 и 70 °С. Сколько холодной и горячей воды потребуется, чтобы наполнить ванну водой при температуре 37 °С? Масса воды в ванне 150 кг.
4.48. Сколько нужно смешать горячей воды, имеющей температуру 90 °С, и холодной, имеющей температуру 10 °С, чтобы получить воду массой 100 кг и температурой 30 °С?
4.49. В воду массой 200 г при температуре 20 °С помещают стальную деталь массой 300 г, имеющую температуру 10 °С, и медную пластинку массой 400 г при температуре 25 °С. Найдите установившуюся температуру.
4.50. Через некоторое время после опускания в воду, имеющую температуру 10 °С, тела, нагретого до температуры 100 °С, установилась общая температура 40 °С. Какой станет температура воды, если, не вынимая первого тела, в нее опустить еще одно такое же тело, нагретое до температуры 100 °С?
4.51. Для обогрева палатки туристы кладут в нее 2 кирпича размером 25x12x8 см, нагретых в костре до температуры 80 °С. Когда кирпичи остыли до 40 °С, температура воздуха в палатке повысилась на 10 °С. Какая часть отданной кирпичами энергии пошла на нагревание воздуха в палатке, если его объем 3 м3?
4.52. При включении отопления чугунная батарея массой 20 кг нагрелась от 10 до 50 °С, а воздух в комнате объемом 60 м3 — от 10 до 20 °С. Для чего потребовалось больше энергии: для нагревания воздуха или батареи? Во сколько раз больше?
4.53. Кипяток в полном трехлитровом чайнике остывает до 20 °С. На сколько нагрелся бы воздух в кухне, если бы все количество теплоты, выделившееся при остывании воды, пошло на нагревание этого воздуха? Площадь кухни 6 м2, высота 3 м.
4.54. На сколько градусов поднялась бы за сутки температура человеческого тела, если бы все выделяемое человеком тепло расходовалось на увеличение внутренней энергии его тела? Для расчета примите удельную теплоемкость тканей человеческого тела равной удельной теплоемкости воды. Считайте, что вследствие теплопередачи человек массой 70 кг ежесекундно передает окружающей среде количество теплоты 40 Дж.
4.55. Радиусы стального и свинцового шаров одинаковы. Для нагревания на 1 °С какого из этих шаров необходимо большее количество теплоты?
4.56. В кипящей воде нагрели два бруска одинакового размера: алюминиевый и свинцовый. Какой из них следует перенести в холодную воду для того, чтобы вода нагрелась больше?
КРЕПКИЕ ОРЕШКИ
4.57. В калориметре поочередно нагревают различные жидкости с помощью одного и того же электронагревателя. На рис. 16 приведены графики зависимости температуры t жидкостей от времени τ. Известно, что в первом опыте калориметр содержал воду массой 1 кг, во втором — другое количество воды, в третьем — некоторую жидкость массой 3 кг. Какова была масса воды во втором опыте? С какой жидкостью могли проводить третий опыт?
4.58 Термометр подержали над огнем. После того как горелку выключили, показания термометра за 2 с уменьшились от 100 до 99 °С. За сколько времени показания термометра уменьшатся от 60 до 59 °С? Считайте, что количество теплоты, ежесекундно передаваемое телом окружающей среде, прямо пропорционально разности температур между телом и окружающей средой. Температура в комнате 20 °С.
4.59. Нагреватель мощностью 50 кВт повышает температуру воды, протекающей со скоростью 1 м/с по трубе диаметром 2 см, с 15 до 35 °С. Какая часть количества теплоты, выделяемого нагревателем, передается окружающей среде?
4.60. Электрический кипятильник мощностью 350 Вт не может нагреть воду массой 600 г до кипения. Убедившись в этом, его выключают. Оцените, на сколько понизится температура воды через 15 с после выключения кипятильника.
4.61. В калориметр с водой перенесли из кипятка металлический шарик, в результате чего температура в калориметре поднялась с 20 до 40 °С. Какой станет температура в калориметре после переноса из кипятка второго такого же шарика? третьего? Сколько таких шариков надо перенести, чтобы температура в калориметре стала равной 90 °С?
4.62. В одном сосуде находится 1 л холодного молока при температуре 20 °С, а во втором сосуде — такое же количество горячей воды при температуре 80 °С. Как, используя теплопередачу между молоком и водой, сделать так, чтобы молоко стало теплее воды? Разрешается применять дополнительные сосуды и приводить их в соприкосновение, но смешивать воду с молоком нельзя. Считайте плотность и удельную теплоемкость молока такими же, как у воды.
4.60. Электрический кипятильник мощностью 350 Вт не может нагреть воду массой 600 г до кипения. Убедившись в этом, его выключают. Оцените, на сколько понизится температура воды через 15 с после выключения кипятильника.
4.61. В калориметр с водой перенесли из кипятка металлический шарик, в результате чего температура в калориметре поднялась с 20 до 40 °С. Какой станет температура в калориметре после переноса из кипятка второго такого же шарика? третьего? Сколько таких шариков надо перенести, чтобы температура в калориметре стала равной 90 °С?