Физика ЕГЭ: из воды да в полымя!

Исходя из накопленного нами опыта, скажу, что у многих школьников вызывает трудности задача с калориметром. Для начала, не все представляют, что такое калориметр. Хорошо, если есть репетитор, к которому можно обратиться с этим вопросом и он вам объяснит. Во вторых, хоть такой опыт и заявлен в лабораторной по физике 8 класса, но мало кто его выполняет с калориметром. В лучшем случае возьмут стакан с водой. В худшем, учитель выдаст готовые данные. 

Изучим задачу с калориметром подробно 

Рассмотрим следующий эксперимент. Возьмем медный калориметр заполненный водой при температуре t1. Опустим в него металлический брусок, нагретый до температуре t2.

Какие ответы будут верными?

1. Тепловое равновесие достигнуто при температуре 50 С.
2. Калориметр закончил нагреваться в точке Е.
3. Изменение температуры воды и калориметра разное.
4. Чтобы изменить температуру воды и калориметра нужно 800 Дж энергии.
5. Вода перестала греться в точке D.

Запишем решение

 В задаче представлена следующая система. Медный калориметр, наполненный водой, в который опускают нагретый металлический брусок. Система изолирована, т.е. обмен теплотой возможен только между явно указанными в задаче телами: калориметром, водой и бруском. Изначально температура калориметра и воды была одинакова и равна t1. На графике представлены три кривые: зависимости температуры от количества теплоты. Кривая AB соответствует изменению температуры металлического бруска. Брусок изначально имел температуру t2. При опускании бруска в воду его температура понижается. Вода и медный калориметр изначально находились при температуре t1. Этому состоянию соответствует точка C. После опускания нагретого металлического бруска температуры воды и медного калориметра стали постепенно возрастать.

Поскольку в задаче предполагается изолированная система, т.е. теплообмена с окружающей средой нет, то в такой системе алгебраическая сумма отданного металлическим бруском количества теплоты о и количества теплоты, полученного водой и медным калориметром п, равна нулю. Данная сумма носит название уравнение теплового баланса: Qо + Qп = 0. 

Нужно учитывать, что в уравнении теплового баланса полученное количество теплоты берется со знаком плюс, а отданное количество теплоты берется со знаком минус. Таким образом, получается: Qп − Qо = 0; Qп = Qо. 

В процессе теплообмена металлический брусок отдает количество теплоты равное количеству теплоты, полученному водой и металлическим калориметром. Из графика можно определить количество теплоты Q. Количество теплоты, отданное металлическим бруском, равно 800 Дж. Для определения количества теплоты, полученного медным калориметром и водой, нужно использовать удельную теплоемкость меди, см = 400 Дж/(кг С), и удельную теплоемкость воды, св = 4200 Дж/(кг С). 

Таким образом, для нагрева воды на то же количество градусов требуется большее количество теплоты, чем для нагрева медного калориметра, при условии разумного соотношения масс воды и медного калориметра. Из графика определяем, что количество теплоты, полученное водой, равно 600 Дж, а количество теплоты, полученное медным калориметром, равно 200 Дж. 

1. В результате теплообмена система пришла к состоянию теплового равновесия. При этом металлический брусок охладился, а медный калориметр и вода нагрелись до температуры равной 50 С.
2. Кривая CE соответствует процессу нагревания воды, так как на нагрев воды расходуется большее количество теплоты, чем на нагрев медного калориметра. Поэтому точка E соответствует окончанию процесса нагревания воды, а не медного калориметра.
3. Начальная температура воды и медного калориметра была одинаковая t1. Также одинаковой стала и конечная их температура, 50 С. Поэтому изменение температуры воды равно изменению температуры калориметра.
4. Количество теплоты, потребовавшееся на нагрев воды и медного калориметра, складывается из количества теплоты, потребовавшееся на нагрев воды (600 Дж) и нагрев калориметра (200 Дж). Оно также равно количеству теплоты, которое отдал металлический брусок при остывании, т.е. 800 Дж.
5. Точка D на графике соответствует окончанию процесса нагревания медного калориметра.

Ответ: 14.

Как оказалось, нужно приложить некоторые усилия, чтобы решить задачу с калориметром. Если у вас все же остались какие-то вопросы, то обращайтесь к проверенным репетиторам. Математика, физика, химия, english, подготовка к огэ и егэ.