Тепловые явления на ОГЭ и ЕГЭ по физике

Сейчас я со своими восьмиклассниками изучаю тепловые явления по физике. Тема не самая простая. В процессе занятий можно выделить основные вопросы, которые возникают у учеников. Первое — понятие количества теплоты Q. Как ее только не называют. И температурой, и удельной теплоемкостью, и просто теплом. Но мало у кого эта физическая величина ассоциируется с энергией! А ведь именно так ее и нужно запомнить.

На втором месте по сложности стоит передача этого самого количества теплоты. Особенно когда происходит передача от нагретого тела к холодному. Ребята тяжело понимают, что происходит именно передача энергии. От более нагретого тела, к менее нагретому. При этом, согласно закону сохранения энергии, энергия никуда не исчезает и ниоткуда не появляется. То есть, какое количество теплоты отдало нагретое тело, такое и получило менее нагретое. В этом и есть суть уравнения теплового баланса.

Для примера разберем классическую задачу, в которой смешивается холодная и горячая вода

Пусть холодной воды было 3 литра, ее температура 20 градусов. В нее долили горячей воды при температуре кипения. Температура смеси установилась 40 градусов. Нужно найти массу горячей воды.

После того как образцы воды из разных источников смешали, часть теплоты от горячей воды перешла к холодной воде. По истечении некоторого времени температура воды стала одинаковой. Поскольку в задаче предполагается изолированная система, т.е. теплообмена с окружающей средой нет, то алгебраическая сумма отданного горячей водой количества теплоты Qо и количества теплоты, полученного холодной водой Qп, равна нулю. Данная сумма носит название уравнения 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 горячая вода отдает количество теплоты равное количеству теплоты, полученному холодной водой. Количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении, в общем виде можно представить следующим образом: Q=cm∆t.

Количество теплоты, полученное холодной водой: Qп = cв ∙ mх ∙ ∆tх, где cв – удельная теплоемкость воды, mх – масса холодной воды, ∆tх – изменение температуры холодной воды.

Количество теплоты, отданное горячей водой: Qо = cв ∙ mг ∙ ∆tг, где cв – удельная теплоемкость воды, mг – масса горячей воды, ∆tг – изменение температуры горячей воды.

Удельная теплоемкость воды является величиной постоянной и не зависит от температуры воды. Подставим полученные формулы в уравнение теплового баланса: cв ∙ mх ∙ ∆tх = cв ∙ mг ∙ ∆tг.

Поскольку удельная теплоемкость воды в обеих частях уравнения равна, то ее нужно сократить:

mх ∙ ∆tх = mг ∙ ∆tг;

Подставим численные значения и учитывая, что 3 л воды весит 3 кг, получаем:

mг = 1 (кг).

Запишем ответ: 1 кг

Такие задачи являются сложными для понимания. Вряд ли у вас получиться решить аналогичную задачу на ОГЭ с первого раза. Для систематизации своих знаний советую обратиться к репетитору.