Сборник задач по физике с решениями и ответами. Часть II -
Скачать (прямая ссылка):
5.12. Известно, что скорость теплообмена пропорциональна разности температур соприкасающихся объектов. Поэтому при изме-
90 рении температуры тела разность температур тела и термометра постепенно уменьшается и процесс теплообмена замедляется. Когда термометр вынут— между ним и воздухом имеется большая разность температур. Поэтому объем ртути быстро уменьшается и также быстро происходит сброс ртути в начальное состояние.
5.13. Удельная теплота парообразования для воды г =
г О
= 2,3-10 Дж/кг, а удельная теплоемкость ее с = 4,2-10 Дж/(кг-К). Поэтому при попадании на палец человека одинаковых количеств пара и кипятка за счет конденсации пара выделится примерно в 5 раз большее количество тепла, чем за счет охлаждения кипятка.
5.14. Особенности замерзания озер зависят как от величины внутренней энергии содержащейся в них воды, так и от передачи тепла в окружающую среду. Количественно внутренняя энергия озера пропорциональна массе воды в нем и, следовательно, его объему V. Количество теплоты, теряемое озером в результате естественной конвекции, пропорционально площади его поверхности S. Скорость охлаждения озера и, следовательно, замерзания поверхностного слоя воды будет тем больше, чем больше площадь его поверхности и тем меньше, чем больше в нем воды, т.е. будет пропорциональна отношению SIV. Из размерностных соображений очевидно, что в общем случае это отношение обратно пропорционально линейному размеру озера. Поэтому из двух озер с разными размерами быстрее замерзнет от берега до берега то из них, которое меньше.
5.15. Нельзя. При открытой двери включенный холодильник будет отбирать тепло не от холодильной камеры, а из окружающей ее атмосферы и отдавать его туда же.
5.16. Самопроизвольная передача внутренней энергии от холодного тела к горячему в соответствии со вторым началом термодинамики невозможна. Чтобы от холодного тела передать внутреннюю энергию (в форме теплоты) к горячему телу, необходимо совершить работу. Эту работу затрачивают другие тела. Пример — холодильные установки, в которых тепло от холодильной камеры, имеющей низкую температуру, передается в атмосферу, температура которой выше температуры холодильной камеры. В качестве третьего тела используется испарительный агрегат компрессионного типа, перекачивающий и сжимающий хладоагент.
91 5.17. а) воск; б) свинец.
При низкой температуре в твердом состоянии воск — аморфное тело, свинец — кристаллическое тело. Переход воска в жидкое состояние происходит постепенно, т.е. его характеристики, например, вязкость и удельный объем, меняются с температурой плавно. Свинец вначале при нагревании по линейному закону расширяется, оставаясь в твердой фазе. Затем при достижении температуры плавления он изотермически перейдет в жидкое состояние, при этом его параметры, в том числе, удельный объем, будут изменяться скачкообразно.
5.18. гп2>Щ. Из условия теплового баланса Qi =Q2 следует С]/Я] (0 - /]) = с2т2 (t2 - 9), 0 — установившаяся температура, t\ и t2 — начальные температуры образцов. Так как образцы изготовлены из одного и того же материала и изменение температуры образцов (0 - Г]) > (t2 - 0), то т2 > W].
5.19. с2 <С].
5.20. В соответствии с законом
Q = cmAT
при сообщении одного и того же количества теплоты Q двум телам одной и той же массы, но разной природы больше изменится температура того тела, удельная теплоемкость с которого меньше. Следовательно, для приведенных на рисунке зависимостей C2 CC1.
5.21. т2 > Ш]. См. задачу 5.20.
5.22. Пусть Am — масса образовавшегося льда, тогда т - Am — масса воды, откачанной из колбы в виде водяных паров.
Составим уравнение баланса. Количество теплоты, отданное водой, претерпевшей фазовый переход из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) Qi = Am-X. Количество теплоты, полученное водой, претерпевшей фазовый переход из жидкого состояния в газообразное (пар) Q2 = (т- Am) ¦ г . При отсутствии теплообмена с окружающей средой
Ql=Q2 => Am = т —-— = 508г.
Х + г
92 5.23. tH = «121°C.
p2c
5.24. Количество теплоты, расходуемое на процессы: нагревания чайника до температуры I2 = 100 °С —
Qi =щс\{*2 ->i);
нагревания до температуры I1 содержащейся в нем воды —
Q1 =w2c2(r2 -t\)\
испарения воды в количестве Am —
Q3 = Am ¦ г .
Количество теплоты, затраченное нагревателем за время Т.
Q = TiNT.
Из уравнения теплового баланса Q = Qх +Q2
5.25. Количество теплоты, выделенной при процессах: конденсации пара — Qx = г ¦ W3 ;
охлаждения воды, полученной из пара, до температуры 0 равновесного состояния — Q2= cm3(t2 ~ 6)
Количество теплоты, израсходованной на процессы: таяния льда — Q3 = Xw1;
нагревания воды, содержащейся в сосуде и полученной изо льда, до температуры 0 — Q4= c(mx + w2 )(0 - Z1). Из уравнения теплового баланса
T =
(wjC] + m2c2)(t2 ~t) + Am ¦ г r\N
625 с «10 мин 25 с .
rm3 + cw3 (t2 - 0) = Xmx + c (w, + w2 )(0 - Ix) находим установившуюся температуру
c(W] + W2 + W3) 93
81°. HI1 (C1.Д7І + X+ C2AT2 + г)
5.26. т= —-—5—---—--»0,6 кг,
