Рівняння теплового балансу
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
1. Якісні задачі
Температура. Теплообмін. Види теплообміну
- Щоб прискорити весняне танення льоду на річці, лід, іноді посипають сажею. Поясніть, на чому заснований цей спосіб.
- У якого матеріалу теплоізоляційні характеристики кращі: у дерева чи деревної тирси? Обґрунтуйте свою відповідь.
- Навіщо жителі Середньої Азії під час сильної спеки носять ватні халати та папахи?
- З якого посуду зручніше пити гарячий чай: з металевого кухля чи порцелянової чашки? Чому?
- Чому для багатьох рослин (наприклад, для озимих посівів пшениці) холодна безсніжна зима є небезпечною?
- При вийманні цвяха з дошки цвях стає теплим. Поясніть чому.
- Що буде кращою грілкою – торбинка з піском чи пляшка з водою (якщо їхні маса і температура однакові)?
- Чому продування електричних генераторів воднем охолоджує їх дужче, ніж продування повітрям?
- Коли забивають цвях, його шляпка нагрівається слабко, але коли цвях уже забитий, кількох ударів досить, щоб сильно розігріти її. Поясніть ефект.
- Чому в старому чайнику гаряча вода звичайно остигає повільніше, ніж у такому ж новому?
- Чому такі несхожі матеріали, як цегла та хутро, забезпечують добру теплоізоляцію?
- У якому випадку вода в каструлі швидше остудиться: якщо кинутий у воду лід плаватиме чи накинути на нього сітку з вантажем, щоб лід потонув? Обґрунтуйте свою відповідь.
- У спекотний сонячний день на межі між зораним полем і зеленим лугом виникає легкий вітерець. У який бік він направлений – до поля чи до лугу? Обґрунтуйте свою відповідь.
- Відомо, що пухкий сніг добре захищає ґрунт від замерзання, бо в снігу багато повітря, яке є поганим провідником тепла. Але ж і до ґрунту, не покритого снігом, прилягають шари повітря. Чому ж тоді ґрунт дуже промерзає?
- Добрі теплоізоляційні властивості хутряного одягу забезпечує повітря між ворсинками хутра. Навіщо ж тоді взагалі потрібний одяг – адже якщо просто роздягнутися, наше тіло буде оточувати та «гріти» навколишнє повітря?
- Для чого потрібні подвійні віконні рами? Чи стане взимку тепліше в приміщенні, якщо проміжок між рамами значно збільшити?
- Щоб дрова в печі добре горіли, потрібно забезпечити тягу (приплив свіжого повітря усередину печі). Чому для цього необхідна досить висока пічна труба?
- Які труби забезпечують кращу тягу – металеві чи цегляні? Обґрунтуйте свою відповідь.
- У спекотний день сухий термометр показує 30ºС. чи зміниться покази термометра, якщо поруч із ним увімкнути вентилятор? Розгляньте два випадки6 а) термометр перебуває в тіні; б) термометр освітлено сонцем.
- Склянку наполовину заповнено окропом. У якому з двох випадків вийде менш гаряча вода: 1) якщо почекати 5 хвилин, а потім відразу долити у склянку холодну воду; 2) якщо відразу долити холодну воду, а потім почекати 5 хвилин?
- Тепле повітря, як відомо, піднімається вгору. Чому ж на висоті 10 км постійно тримається температура -50ºС?
- Чому вимірювання температури за допомогою медичного термометра має тривати не менше ніж 5 – 7 хвилин?
Кількість теплоти. Рівняння теплового балансу
- Сталева деталь під час обробки напилком нагрілася. Чи означає це, що деталі передано деяку кількість теплоти?
- Чому вода в озері остигає за ніч набагато менше, ніж пісок на пляжі?
- Чому клімат, для якого характерні різкі перепади температурі між днем і ніччю, між літом і зимою, називають континентальним?
- В якому калориметрі: алюмінієвому чи мідному менші витрати тепла на його нагрівання при однакових їх розмірах? Чому?
- Мідну, залізну і свинцеву кулі однакової маси одночасно опустили в окріп, а потім витягли їх і поклали на плоский кусок воску. Яка з кульок найбільше зануриться у віск при повному охолодженні кульок?
- Скляна, олов’яна та дерев’яна кулі падають із однакової висоти. Яка куля в результаті падіння нагрілася б сильніше, якби вся механічна енергія кулі перетворювалася в її внутрішню енергію?
- Оцініть, на скільки градусів піднялася б за добу температура людського тіла, якби все виділене людиною тепло витрачалося на збільшення внутрішньої енергії її тіла? Уважайте, що внаслідок теплообміну з навколишнім середовищем людини масою 70 кг щосекунди віддає кількість теплоти 40 Дж.
- Чому теплі й холодні океанські течії сильно впливають на клімат?
- Радіуси сталевої та свинцевої куль однакові. Для нагрівання якої з цих куль на 1ºС потрібна більша кількість теплоти?
- Одна посудина містить літр холодного молока за температури 20ºС, а друга посудина – літр гарячої води за температури 80ºС. Як завдяки теплообміну між молоком і водою зробити так, щоб молоко стало теплішим за воду? Дозволяється використовувати додаткові посудини й приводити їх у зіткнення, але змішувати воду з молоком не можна. Уважайте густину та питому теплоємність молока такими самими. Як у води. Теплообмін з навколишнім середовищем не враховуйте.
Плавлення та кристалізація
- Чи можна в чавунній посудині розплавити сталь? Обґрунтуйте свою відповідь.
- Весною, коли температура повітря набагато вища за 0ºС лід ще тривалий час не тане і, навпаки, восени коли температура повітря нижча за 0ºС, вода не відразу замерзає. Чому?
- Коли не було холодильної техніки, продукти влітку зберігали в льодовиках. Льодовик готовили взимку: вирізали на водоймі великі брили льоду, складали у велику яму й зверху засипали шаром землі. Чому температура в льодовику протягом усього літа лишалася близькою до 0ºС?
- Чи може внутрішня енергія тіла змінюватися без зміни температури? Наведіть приклади, що підтверджують вашу відповідь.
- Чому мідні проводи легше спаяти, ніж з’єднати за допомогою зварювання?
- Чи міг в історії людства залізний вік передувати бронзовому?
- Чому не плавляться металеві стінки топки парового котла, хоч температура в топці під час згоряння палива вища, ніж температура плавлення металу, з якого зроблені стінки топки.
- Чому паяльник малої маси непридатний для паяння великих деталей з міді чи сталі?
- Якщо заповнити чавунну кулю водою, щільно закупорити та винести на мороз, то замерзаюча вода розірве чавун. Звідки береться енергія, необхідна для руйнування чавуну? Адже вода на морозі не отримує, а віддає енергію!
- Чому крапельки туману можуть залишатися рідкими й за температури -30ºС?
- Чому в сильний мороз ковзання ковзанів по льоду помітно погіршується?
- Чому корпуси космічних кораблів будують з особливо тугоплавких матеріалів?
Пароутворення та конденсація
- Чому температура води. Що довго перебувала у відкритій склянці. Трохи нижча за температуру повітря в кімнаті?
- Яка вода швидше погасить вогонь: холодна чи гаряча? Відповідь обґрунтуйте.
- Чому «термоси» для зберігання рідкого азоту (посудини Дьюара) не закривають герметично, а залишають зверху відкритими?
- Питома теплота пароутворення води значно більша, ніж питома теплота пароутворення ефіру. Чому ж, якщо змочити руку ефіром, виникає набагато сильніше відчуття холоду, ніж якщо змочити руку водою?
- Чому у вологому повітрі важче переносити спеку, ніж у сухому?
- Чому сухі дрова тріщать під час горіння?
- Чому сухі дрова горять краще, ніж мокрі?
- Відомо, що надмірне випаровування води з ґрунту призводить до його висихання; зниження врожайності. Проте без випаровування не можливо уявити собі розвиток рослин. Чому?
- При швидкісному різанні металів різці охолоджують струменем розпиленої рідини. Чому такий спосіб ефективніший, ніж поливання водою?
2. Рівняння теплового балансу.
- В посудині змішують 1 л спирту при температурі 20ºС та 1 л води при температурі 15ºС. Визначити кількість теплоти потрібну для нагрівання суміші до 18ºС. (8750 Дж)
- На скільки градусів нагрілася б алюмінієва ложка масою 35 г, якби на її нагрівання витратили всю теплоту, що виділилась внаслідок охолодження 15 г води від 69ºС до 20 ºС? (100 ºС)
- У ванну налили 80 л води при температурі 10ºС. Скільки кг води при температурі 100ºС треба долити у ванну, щоб суміш мала температуру 25ºС?
(16 кг)
- В якому співвідношенні треба змішати дві маси води, температури яких становлять відповідно 50ºС і 0ºС, щоб суміш мала температуру 20ºС? (2:3)
- Змішали 0,4 м3 води при температурі 20ºС і 0,1 м3 води при температурі 70ºС. Яку температуру матиме суміш? (30ºС)
- Для ванни треба приготувати 110 л води при 36ºС. У газовій колонці температура води 66ºС, а з водопроводу тече вода при 11ºС. Скільки (м3) гарячої і холодної води треба взяти для приготування ванни? (0,05 м3 і 0,06 м3)
- За графіком залежності температури тіла від кількості отриманої тілом теплоти знайти питому теплоємність речовини, якщо маса тіла дорівнює 22 кг. (230 Дж/(кгК))
- В батарею водяного опалення вода надходить при температурі 80С по трубі перерізом 500 мм2 зі швидкістю 1,2 см/с, а виходить з батареї, маючи температуру 25С. Скільки тепла отримує приміщення за добу? (120·106 Дж)
- У калориметрі змішують 5 рідин, які хімічно не взаємодіють, у кількостях 1 кг, 2 кг, 3 кг , 4 кг, 2 кг, що мають відповідно температури, 40ºС, 60ºС, 70ºС, 80ºС, 90ºС і питомі теплоємності 3,9 кДж/(кг·К), 4,2 кДж/(кг·К), 2,4кДж/(кг·К), 2,1 кДж/(кг·К), 0,1 кДж/(кг·К). Визначити температуру суміші. (66ºС)
- У посудині змішують три рідини, що хімічно не взаємодіють між собою. Маси рідин дорівнюють 1 кг, 10 кг і 5 кг, їх температури – 6С, -40С і 60С, питомі теплоємності – 2 кДж/(кгК), 4 кДж/(кгК) і 2 кДж/(кгК), відповідно. Визначити температуру суміші і кількість теплоти, необхідну для нагрівання суміші до 6С. Рідини не кристалізуються. (-19С; 1,3·106 Дж)
- Визначте відношення мас води та спирту в суміші, якщо питома теплоємність цієї суміші 3000 кДж/(кг·К).
- Визначте відношення об’ємів води та спирту в суміші, якщо питома теплоємність цієї суміші 3000 кДж/(кг·К).
- До якої температури нагрілася під час роботи сталева фреза масою 1 кг, якщо внаслідок занурення її в калориметр, температура 1 л води в ньому підвищилася від 18ºС до 40ºС? (240ºС)
- Виконали такий дослід: у латунний калориметр масою 200 г влили 400 г води при температурі 17ºС та вкинули 600 г срібла при температурі 85ºС. Вода нагрілася до температури 22ºС. Визначити за результатами цього досліду питому теплоємність срібла. (230 Дж/(кг·К))
- У калориметрі теплоємністю 60 Дж/К знаходиться 250 г машинного масла при температурі 12ºС. Після опускання у нього мідного тіла масою 500 г з температурою 100ºС встановлюється температура 34ºС. Визначити за цими даними питому теплоємність машинного масла. (2100 Дж/(кг·К))
- У склянку масою 120 г з температурою 16ºС налили 200 г води при температурі 80ºС. Яка кількість теплоти була передана склянці? (5700 Дж)
- У мідному калориметрі масою 200 г міститься 150 г води при температурі 18С. У калориметр опускають залізний циліндр масою 100 г, нагрітий до 50С. Яку рівноважну температуру буде мати вода? (20С)
- Сталевий виріб масою 1 кг було нагріто до температури 950С, а потім з метою гартування занурено у ванну, заповнену рідиною масою 50 кг з температурою 16С. Яку рівноважну температуру буде мати виріб і рідина у ванні? Питома теплоємність рідини 4100 Дж/(кгК). (18С)
- Маємо дві теплонепроникні посудини. В першій з них знаходиться 5 л води при температурі 35С, в другій – 1 л води при температурі 20С. Спочатку частину води перелили з першої посудини в другу. Потім, після встановлення в другій посудині теплової рівноваги, із неї в першу посудину перелили стільки води, щоб її об’єми в посудинах стали рівними початковим. Внаслідок цього температура води в першій посудині стала 34С. Скільки води переливали з першої посудини у другу першого разу? (0,5·10-3 м3)
- Коли у воду, що має температуру 10оС вкинули тіло, нагріте до 100оС, через деякий час встановилася загальна температура 40оС. Якою стане температура води, якщо не виймаючи першого тіла, у воду опустити ще одне таке ж саме тіло, нагріте до 100ºС? (55ºС)
- У калориметр наливають ложку гарячої води. При цьому його температура підвищилася на 5,0ºС. Після того, як у калориметр долили ще ложку води, температура зросла ще на 3,0ºС. На скільки градусів підвищиться температура калориметра, якщо в нього долити ще 45 ложок гарячої води? Теплообміном з оточуючим середовищем знехтувати. (10,8С)
- Для вимірювання температури води, об’єм якої 250 см3, в неї опустили термометр. Він показав температуру 78ºС. Визначити початкову температуру води, якщо до занурення у воду він показував температуру приміщення 20ºС? Теплоємність термометра 18 Дж/К. (79ºС)
- У калориметрі теплоємністю 42 Дж/К знаходилося 230 г води при температурі 15ºС. У калориметр поклали свинець і алюміній загальною масою 0,15 кг нагріті до температури 100ºС. Внаслідок цього температура води піднялася до 20ºС. Визначити маси свинцю і алюмінію. (0,092 кг і 0,046 кг)
- Калориметр теплоємністю 120 Дж/К має температуру 18ºС. Туди вливають 300г води при температурі 5ºС та кидають кусок заліза масою 200 г при температурі 80ºС. Якою буде температура теплової рівноваги системи після надання їй 20 кДж теплоти? (24ºС)
- Латунний калориметр, маса якого 0,2 кг, містить 0,4 кг аніліну при температурі 10ºС. У калориметр долили 0,4 кг аніліну, нагрітого до температури 31ºС. Знайти питому теплоємність аніліну, якщо після перемішування встановилася температура 20ºС. (2 кДж/(кг·К)
- В дві однакові посудини, що містили воду (в одній маса води 0,1 кг при температурі 45ºС, а в іншій маса води 0,5 кг при температурі 24ºС), налили порівну ртуть. Після встановлення теплової рівноваги в обох посудинах виявилося, що температури води в них одна і таж і рівна 17ºС. Визначити теплоємність посудин. (140 Дж/К)
- У склянку масою 120 г, що має температуру 20ºС влили 200 г окропу. Через 5 хв температура склянки з водою дорівнювала 40ºС. Припускаючи, що втрати теплоти відбувалися рівномірно, знайти, яка кількість теплоти втрачалася кожної секунди. (160 Дж)
- На нагрівання сталевого бруска, розміри якого при температурі 0ºС становили 60 см × 20 см × 5 см, витрачено 1680 кДж теплоти. На скільки збільшився об’єм бруска? (1,7·10-5 м3)
- Яка кількість теплоти потрібна для того, щоб мідний стрижень площею поперечного перерізу 2 см2 видовжився від нагрівання на 0,1 мм? Довжина стрижня при 0ºС дорівнює 9,9 см. (4·103 Дж)
- Яку кількість теплоти необхідно надати ртуті щоб збільшити її об’єм на 45 см3. (0,44 МДж)
- Колба, заповнена вщерть, містить воду і ртуть. Маса води 0,5 кг, маса ртуті 1 кг. При наданні рідинам кількості теплоти 90 кДж вилилася вода масою 3,5 г. Визначити за цими даними коефіцієнт об’ємного розширення ртуті. (1,7·10-4 К-1)
- З висоти 2 м в озеро падає камінь масою 1 кг і об’ємом 400 см3. На скільки збільшиться внутрішня енергія каменю й навколишнього середовища в результаті падіння, якщо глибина озера 3 м?
- Батискаф масою 1,5 т і об’ємом 2 м3, що знаходиться біля дна на глибині 5 км, скидає баласт і спливає. На скільки збільшується внаслідок цього внутрішня енергія батискафа та води?
- На яку висоту можна було б підняти вантаж масою 1 кг за рахунок кількості теплоти. Яку виділяє склянка води (240 мл), охолоджуючись від температури 100ºС до 0ºС? у цій та наступних задачах вважати, що g = 9,8 Н/кг. (10,3 км)
- Молот, маса якого 380 кг, падає з висоти 2 м на кусок сталі, що має масу 2 кг. На скільки градусів нагрівається виріб, за умови, що він дістає 50% теплоти, що виділяється під час удару? (4ºС)
- Молот масою 10 т падає з висоти 2,5 м на залізний виріб масою 0,5 т. Скільки разів молот повинен ударити по виробу, щоб виріб нагрівся на 6,4ºС, якщо на його нагрівання йде 60% механічної енергії молота. (10)
- Свинцева куля, яка летить із швидкістю 200 м/с, вдаряється об перешкоду і зупиняється. На скільки градусів підвищиться температура кулі за умови, що нагрівається тільки вона сама? (150ºС)
- При терті двох тіл, теплоємності яких по 800 Дж/К, температура через 1 хв підвищилася на 30ºС. Визначити середню потужність при терті. (800 Вт)
- З висоти 80 м вільно падає кусок сталі. На скільки градусів підвищиться його температура при ударі об землю, якщо вважати, що 60% механічної енергії куска металу перетворюється у його внутрішню енергію? (1ºС)
- На скільки вища температура води біля основи водоспаду з висотою 120 м від температури на вершині? Вважати, що вся механічна енергія йде на нагрівання води. (0,3ºС)
- Мініатюрний калориметр масою 0,22 г з питомою теплоємністю матеріалу 2,8 кДж/(кгК) дає можливість вимірювати зміну температури не меншу за 0,01С. В калориметр з висоти 5,2 м падає краплина води. При якому мінімальному об’ємі краплини можливо зафіксувати її попадання в калориметр?
(6,910-7 м3)
- Деякий пристрій, що виділяє потужність 30 кВт, охолоджується проточною водою, що тече по спіральній трубці діаметром 16 мм. В усталеному режимі проточна вода нагрівається на 18ºС. Визначити швидкість руху води, вважаючи, що вся потужність, яку виділяє установка йде на нагрівання води. (2 м/с)
- Теплонепроникна посудина охолоджується водою, що протікає всередині неї по змійовику. Температура води на вході 90ºС. Якщо вода тече з швидкістю 2 м/с, її температура на виході дорівнює 30ºС. Виявилось, що швидкість охолодження посудини не змінилась, коли швидкість води стала рівною 3м/с. Визначити температуру води на виході у другому випадку. (50ºС)
- При обробці деталі слюсар здійснив 46 рухів стальним терпугом масою 100 г, прикладаючи середню силу 40 Н і переміщуючи його на 8 см при кожному рухові. На скільки підвищиться температура терпуга, якщо вважати, що на збільшення його внутрішньої енергії пішло 65% виконаної роботи? (2ºС)
- Свинцева куля, що летіла з швидкістю 432 км/год, пробивши дошку зменшила швидкість до 360 км/год. Якою стала температура кулі після пробиття дошки, якщо рахувати, що 60% втраченої кінетичної енергії кулі пішло на її нагрівання? Початкова температура кулі 250ºС. (260ºС)
- Визначте відношення мас спирту та бензину в суміші, якщо питома теплота згоряння цієї суміші 40 МДж/кг.
- Визначте відношення об’ємів спирту та бензину в суміші, якщо питома теплота згоряння цієї суміші 40 МДж/кг.
- Яка віддача ковальського горна, коли для нагрівання 1 кг сталі на 1400ºС витрачається 0,7 кг коксу? (3%)
- Нагріваючи в котлі 3000 л води спалили 39 кг кам’яного вугілля. До якої температури нагрілася вода, якщо її початкова температура становила 10ºС, а теплова віддача топки становить 60%? (60ºС)
- В електричному чайнику потужністю 600 Вт можливо закип’ятити 1,5 л води за 20 хвилин при початковій температурі води 20С. Знайдіть ККД чайника.
(70%)
- Для нагрівання чайника з 3 л води від 10ºС до кипіння було витрачено 63 л газу. Визначити ККД газового пальника. Теплоємність чайника 100 Дж/К.
(50%)
- Побутовий газовий водонагрівач проточного типу має номінальну потужність 21 кВт і ККД 80%. Скільки часу буде наповнюватися ванна ємністю 200 л водою, нагрітою в нагрівачі на 24ºС і скільки буде витрачено газу (л) за цей час? (1200 с; 700 л)
- За який час можна закип’ятити в електричному чайнику потужністю 800 Вт з ККД 80% 2 л води, що мала температуру 20ºС. Теплоємність чайника 150 Дж/К. (1000 с)
- Лампа розжарювання потужністю 60 Вт занурена в прозорий калориметр, що містить 610 см3 води. За 3 хв вода нагрівається на 4ºС. Яка частина споживаної лампочкою енергії пропускається калориметром назовні у вигляді променистої енергії? (5%)
- Трансформатор, занурений в масло, внаслідок перевантаження починає перегріватися. Визначити ККД трансформатора, якщо при повній споживаній потужності 60 кВт, 40 кг технічного масла нагрівається на 20ºС протягом 4 хв? (90%)
- Визначити масу пороху, необхідну для того, щоб кулі масою 9,6 г при вильоті із дула гвинтівки надати швидкість 880 м/с. ККД гвинтівки 30%. (3,3 г)
- Каструлю, в якій знаходиться 1 л води, ніяк не вдається довести до кипіння за допомогою нагрівника потужністю 100 Вт. Визначити, за який час вода охолоне на 1ºС, якщо відключити нагрівач. (42 с)
- Електричним кип’ятильником потужністю 500 Вт нагрівають воду в каструлі. За дві хвилини температура води збільшилась від 85С до 90С. Потім кип’ятильник вимкнули і за одну хвилину температура води впала на 1С. Скільки води знаходиться у каструлі? (2 кг)
- В невеликий чайник налита доверху тепла вода при температурі 30С. Чайник охолоджується на 1 градус за час 5 хв. Для того, щоб чайник не охолоджувався, в нього капають гарячу воду з температурою 45С. Маса однієї краплини 0,2 г. Скільки краплин за хвилину повинно капати в чайник, щоб температура підтримувалась рівною 30С? На скільки градусів підігріється вода за одну хвилину, якщо почати капати втричі частіше? Вважати, що температура води у чайнику вирівнюється дуже швидко. В чайник входить 0,3 л води. Зайва вода виливається з носика. (20 краплин за хвилину; 0,4С)
- Відомо, якщо температура на вулиці рівна -20ºС, то в кімнаті температура рівна +20ºС, а якщо на вулиці температура рівна -40ºС, то в кімнаті встановлюється температура +10ºС. Визначити температуру батареї, яка встановлена в кімнаті. (60ºС)
- Електрична праска з терморегулятором, який поставлено у положення "бавовна", нагрівається до температури 180С. При цьому регулятор вмикає праску на 30 с через проміжки часу 4 хв. У положенні регулятора "капрон" праска вмикається на 12 с. Через які проміжки часу відбувається вмикання, якщо температура праски у цьому випадку 80С? Температурною залежністю опору нагрівача знехтувати. Температура у кімнаті 20С. (276 с)
- При температурі -5ºС кожен квадратний метр поверхні водоймища втрачає за годину 168 кДж теплоти. Визначити товщину шару криги, яка утвориться за добу, якщо температура води на поверхні водоймища 0ºС. (1,4 см)
- При температурі 0ºС ґрунт покритий шаром снігу завтовшки 10 см, густина якого 500 кг/м3. Який шар дощової води при температурі 4ºС розплавить увесь шар снігу? (1 м)
- Скільки потрібно кам’яного вугілля щоб розплавити 1 т сірого чавуну, взятого при температурі 50ºС? Теплова віддача вагранки 60%. (43 кг)
- Для виготовлення льоду в холодильнику необхідно витратити 5 хв, щоб охолодити воду від 4ºС до 0ºС і ще 1 год 40 хв щоб перетворити її в лід. Визначити за цими даними питому теплоту плавлення льоду. Питома теплоємність води відома. (336 кДж/кг)
- На зимовій дорозі при температурі снігу -10ºС автомобіль протягом 1 хв 6 с буксує, розвиваючи потужність 12 кВт. Скільки снігу розтане, якщо вважати, що вся енергія, що виділяється при буксуванні йде на нагрів та плавлення снігу? (2,3 кг)
- Свинцева куля ударяється в перешкоду зі швидкістю 350 м/с. Яка частина кулі розплавиться, якщо вся теплота, що виділяється при ударі, поглинається кулею? Температура кулі перед ударом 27ºС. (0,89)
- Свинцева куля пробиває дерев’яну стінку, причому швидкість у момент удару була 400 м/с, а в момент вильоту – 100 м/с. Яка частина кулі розплавиться, якщо на її нагрівання йде 60% втраченої механічної енергії? Температура кулі в момент удару 50ºС. (0,37)
- У калориметрі містилося 250 г води при температурі 15ºС. Після того як туди вкинули 20 г мокрого снігу температура суміші знизилася на 5ºС. Скільки води було в снігу? (6,6 г)
- Нагріта залізна болванка масою 3,3 кг ставиться на поверхню льоду, що має температуру 0С. Після охолодження болванки до 0С під нею розплавилось 460 г льоду. Якою була температура нагрітої болванки? Розсіянням тепла в оточуюче середовище знехтувати. (100С)
- До якої мінімальної температури потрібно нагріти залізний куб, щоб він, коли його покласти на лід, цілком в нього занурився? Температура льоду 0С?
(82,8С)
- Яку кількість свинцю, взятого при 0ºС можна розплавити за рахунок теплоти, отриманої при згорянні 1 л бензину, якщо ККД нагрівача 30%. (146 кг)
- В посудині нагрівається 1 кг льоду, взятий при -5ºС. Потужність нагрівача 700 Вт, ККД 80%. Через який час утворена з льоду вода закипить?
- Яку кількість теплоти потрібно затратити, щоб отримати 5 кг води при температурі 10С із льоду, взятого при -20С? Скільки для цього потрібно дров, якщо ККД печі 60%? (1,97·106 Дж, 0,33 кг)
- В посудині теплоємністю 15 Дж/К починають нагрівати 1 л води і 0,5 кг льоду. Потужність нагрівника 500 Вт, а його ККД 60%. Через який час закипить вода в посудині? (2655 с)
- Для нагрівання льоду масою 1,2 кг затрачено 4,5·105 Дж теплоти; при цьому розтануло 1 кг льоду. Визначити початкову температуру льоду.
- У сталевому калориметрі масою 300 г міститься 5 кг води при температурі 25ºС. У нього опустили шматок льоду, температура якого -10ºС. Після танення льоду у калориметрі встановлюється температура 15ºС. Визначити, яку масу льоду було опущено в калориметр.
- Ванну об’ємом 100 л необхідно заповнити водою при температурі 30ºС. використовуючи воду з температурою 80ºС і лід при температурі -20ºС. Визначити масу льоду необхідну для цього.
- В посудину, що містила 10 кг води при температурі 10ºС, поклали лід при температурі -50ºС, після чого температура утвореної суміші виявилася -4ºС. Яку масу льоду поклали в посудину?
- Кусок свинцю масою 1 кг розплавився наполовину при наданні йому кількості теплоти 54,5 кДж. Якою була початкова температура свинцю?
- Тигель, що містив деяку кількість олова, нагрівається електричним струмом. Кількість теплоти, що виділяється в одиницю часу постійна. За 10 хв температура олова підвищується з 20ºС до 70ºС. Через 83 хв олово повністю розплавилося. Визначити за цими даними питому теплоємність олова.
- В посудину з танучим льодом поклали кусок латуні масою 430 г. При цьому частина льоду масою 200 г перетворилася у воду. Визначити об’єм латуні в момент занурення її в посудину.
- За годину в холодильнику перетворюється на лід при температурі 0ºС 3,6 кг води, взятої при температурі 20ºС. Яка потужність споживається холодильником від електромереж,. якщо він віддає в оточуюче середовище в одиницю часу енергію 840 Дж/с?
- В теплоізольованій колбі, що приєднана до вакуумного насоса, знаходиться вода при температурі, близькій до температури тверднення. При відкачуванні, внаслідок інтенсивного пароутворення, вода замерзає. Яка частина води замерзла?
- Чому в квартирних запобіжниках (пробках) використовується свинцева дротина, а не олов’яна, адже відомо, що температура плавлення свинцю (327С) вища, ніж у олова (232С)?
- Шматок льоду масою 2 кг при температурі -20С нагріли, надавши йому 1 МДж теплоти. Визначити усталену температуру. (30С)
- При виготовленні шроту, краплини розплавленого свинцю падають у воду, температура якої 17С. Визначити масу свинцю, яка доведе 1 кг води до температури кипіння. Температура плавлення свинцю 327С. (6,4 кг)
- У залізній посудині масою 100 г знаходиться 500 г води і 200 г льоду при загальній температурі 0С. Скільки потрібно добавити води при 100С, щоб загальна температура води в посудині підвищилась до 32С? (0,566 кг)
- Скільки твердої ртуті при температурі плавлення необхідно кинути в 1 кг води, взятої при температурі 24С, щоб ртуть розплавилась, а вода перетворилась у лід з температурою 0С? (25 кг)
- Калориметр вміщує 500 г води і 300 г льоду, що знаходяться у термодинамічній рівновазі. Шматок металу масою 1 кг витягли з печі при температурі 240С і швидко перенесли у калориметр. В результаті весь лід розтанув, але температура не змінилась. Якою була б температура у калориметрі, якби маса металу була вдвічі більшою? (24ºС)
- У посудину, що містить 10 кг води при температурі 10С поклали шматок льоду, охолоджений до -50С, після чого температура льодяної маси, що утворилась, стала рівною -4С. Яка кількість льоду була покладена у посудину?
(39 кг)
- Яка температура встановиться у латунному калориметрі масою 160 г, що вміщує 400 г води при температурі 25С, після того, як розтане вміщений у воду шматок льоду масою 50 г, взятий при температурі 0С? (14С)
- У теплоізольовану посудину, що містить 0,4 кг води при температурі 17С, вкинули 50 г мокрого снігу (сніг з водою). В результаті температура встановилась на 5С нижче вихідної. Скільки води було у мокрому снігу? Теплоємність посудини 0,16 кДж/К. (0,03 кг)
- У калориметрі знаходиться лід. Визначити теплоємність калориметра, якщо при його нагріванні від -1ºС до 1ºС потрібно 2100 Дж теплоти, а від 1ºС до 3ºС - 6970 Дж теплоти. (103 Дж/К)
- В теплоізольовану посудину, що містить 500 г води при температурі 10С, вміщено 100 г льоду, охолодженого до -10С. Яка температура встановиться в посудині і яким буде її вміст (0С; 0,557 кг води і 0,043 кг льоду)
- В посудину малої теплоємності, де знаходиться 500 г льоду при температурі 0С, вливають 200 г води нагрітої до температури 80С. Яка температура встановиться в посудині і яким буде її вміст? (0С; 0,4 кг води і 0,3 кг льоду)
- В калориметрі міститься 400 г води при температурі 5С. Потім добавляють ще 200 г води при температурі 10С і кладуть 400 г льоду при температурі -60С. Яка температура встановиться в калориметрі? Яка суміш буде в ньому? (0С; 0,5 кг льоду; 0,5 кг води)
- В посудину, яка містить 0,6 кг води при температурі 10С, опускають 0,8 кг льоду, взятого при температурі -20С. Нехтуючи теплообміном з оточуючим середовищем і теплоємністю посудини, визначити температуру і склад вмісту в посудині. (0С; 0,575 кг води і 0,825 кг льоду)
- В калориметрі змішали 1 кг льоду, що мав температуру -10С і 50 г води при температурі 0С. Визначити температуру суміші та її агрегатний стан після встановлення теплової рівноваги. (-2С)
- У воду масою 1 кг при температурі 20С помістили 200 г льоду при -8С. Яка температура встановиться в посудині і яким буде її вміст? (2,9С)
- У термосі знаходяться рівні маси води і льоду при 0С. В термос вливають воду, маса якої дорівнює загальній масі води і льоду, що спочатку знаходилась у термосі, а температура дорівнює 49,3С. Яка температура встановиться у термосі? (5С)
- В калориметр з льодом, що має температуру 0ºС, помістили кусок чавуну масою 325 г та об’ємом 48 см3. Яка кількість льоду розтане до моменту встановлення теплової рівноваги?
- В калориметр, у якому було 2 кг води при температурі 5ºС опустили лід масою 5 кг при температурі -40ºС. Визначити об’єм суміші в стані теплової рівноваги.
- В сталеву посудину масою 300 г налили воду при температурі 5ºС і опустили 1 кг льоду при температурі -40ºС. За яких умов температура в калориметрі могла би бути 0ºС?
- Скільки льоду при температурі -20ºС необхідно кинути в 10 г переохолодженої до -5ºС води, щоб вся суміш замерзла?
- При деяких умовах, наприклад, при абсолютному штилі, вода в арктичних морях залишається рідкою до температури -5С. Якщо випадкове тіло, наприклад, сніжинка, попадає на поверхню такої води, то відбувається швидке замерзання верхнього шару води. Знайти, яка частка води із зниженою температурою перетворюється в лід. (6,4%)
- Вода може бути переохолоджена до температури -10ºС. такий стан води нестійкий, і при будь якому збуренні вода перетворюється в лід з температурою 0ºС. Яка маса льоду утвориться із переохолодженої води масою 1 кг?
- При додержанні певної обережності воду можна переохолодити до температури -10С. Яка маса льоду утвориться, якщо кинути у воду кусочок льоду масою 100 г при температурі -5С. Маса води 1 кг, теплоємність води вважати незалежною від температури. (0,13 кг)
- Яка кількість теплоти виділяється при повному замерзанні 1 кг води, переохолодженої до -15ºС? (267·103 Дж)
- В суміш льоду з водою опустили нагрівач потужністю 700 Вт з ККД 80%. Через 6,5 хв. почалося зростання температури. Швидкість зростання ΔТ/τ=1К/хв. Визначити скільки спочатку у суміші знаходилося льоду та води. (0,66 кг і 7,3 кг)
- Дослідом встановлено, що температура 142 г води при температурі 0С в легкій посудині, підвішеній посередині кімнати, піднялась на 4С за півгодини. Коли в цю посудину покласти таку ж кількість льоду, то він розтане за 10 годин. Яка питома теплота танення льоду за результатами досліду. (336·103 Дж/кг)
- У цебрі міститься суміш води з льодом. Маса суміші 10 кг. Цебер занесли в кімнату і почали вимірювати температуру суміші. Отримана залежність температури від часу зображена на мал.47. Визначити масу льоду, яка була у цебрі, коли його внесли у кімнату. (1,27 кг)
- В теплонепроникній посудині, з нагрівачем усередині, міститься 1 кг льоду і 1 кг легкоплавкої речовини, що не змішується з водою. Залежність температури в посудині від часу представлена на мал.48. Питома теплоємність речовини у твердому стані 103 Дж/(кг·К). Чому дорівнюють питома теплота плавлення речовини і її питома теплоємність у рідкому стані?
(105 Дж/кг і 2103 Дж/(кгК))
- 100 г льоду при температурі 0С поміщені у теплонепроникну оболонку і стиснуті до тиску 1,2108 Па. Скільки льоду розтануло, якщо зниження температури плавлення прямо пропорційно тиску і при збільшенні тиску на 1,38107 Па температура плавлення зменшується на 1С? (0,0055 кг)
- На шматок льоду, який спирається своїми кінцями на нерухомі опори, накинули дротяну петлю з прив’язаним до неї вантажем. За якийсь час дріт пройшов крізь лід, але сам шматок льоду полишився цілим. Поясніть це явище.
- В теплоізольовану циліндричну посудину поклали кусок льоду маси M при температурі 0С і потім прикріпили його до дна. Потім лід залили водою маси M. Вода повністю покрила лід і досягла рівня 20 см. Знайти, чому дорівнювала температура води, якщо після встановлення теплової рівноваги її рівень зменшився на 0,4 см. (29,9С)
- У закритій посудині в воді плаває кусок льоду масою 0,1 кг, в який вмерзла шротинка масою 5 г. Яку кількість теплоти необхідно витратити, щоб шротинка почала тонути? (19,5·103 Дж)
- У великій каструлі з водою плаває маленька каструля з водою. Велику каструлю ставлять на плиту. Чи може закипіти вода у маленькій каструлі? Чому?
- Яка робота здійснюється при перетворені 1 кг води у пару при температурі 100ºС? Скільки енергії йде на розрив зв’язків між молекулами? (0,2·106 Дж; 2,1·106 Дж)
- Теплообмінник складається з труби і змійовика (мал.49). В змійовик надходить водяна пара при температурі 100С. Витрата пари 1 кг/с. Назустріч пару рухається вода, витрата якої 10 кг/с. Визначити температуру на виході з теплообмінника, якщо на вході температура води 20ºС. (83ºС)
- В посудину, що містить 400 г води при температурі 17С, вводять10 г пари при 100С, яка перетворюється у воду. Визначити кінцеву температуру води. Теплоємністю посудини і втратами тепла знехтувати. (32С)
- У теплонепроникній посудині знаходиться лід при температурі -5С. Визначити його масу, якщо при введенні у посудину стоградусної водяної пари у посудині виявилось 300 г води при температурі 80С. (0,234 кг)
- В посудину, що містить 4,6 л води при 20С, кидають шматок сталі масою 10 кг, нагрітий до 500С. Вода нагрівається до 100С і частина її перетворюється у пару. Знайдіть масу пари, що утворилась. (0,13 кг)
- У посудині теплоємністю 215 Дж/К знаходилося 200 г води при температурі 25ºС. Після того, як в неї влили 1,4 кг олова при температурі тверднення 232ºС, вода нагрілася до 100ºС і частина її википіла. Визначити, яка частина води википіла. (0,1)
- У посудину теплоємністю 280 Дж/К, що має температуру 24ºС кладуть лід масою 900 г при - 5ºС і впускають водяну пару при 100ºС. Визначити кількість пари, що була впущена, за умови, що 25% її маси перетворилося в лід. (10-3 кг)
- На малюнку 50 показаний графік процесу перетворення водяної пари в лід. Чому дорівнює початкова кількість пари і скільки її перетворилось у лід?
(1 кг і 0,35 кг)
- У посудину, в якій знаходилось 2 кг води і 0,5 кг льоду, при 0С впущена водяна пара, що має температуру 150С. Після того, як лід розтанув, у посудині встановилась температура 30С. Яка кількість пари була впущена у посудину? Теплоємність посудини 630 Дж/К, питома теплоємність пари 2 кДж/К. (0,18 кг)
- В калориметрі міститься 100 г льоду г при температурі -5С. Потім туди запускають 50 г водяної пари при температурі 100С. Яка температура встановиться в калориметрі? (100С)
- В установці для дистилювання води мідний холодильник масою 600 г складається з посудини і опущеної у неї зігнутої трубки. У посудині було 2 кг води і 500 г льоду при 0С. Скільки пари сконденсувалось, проходячи через холодильник, якщо увесь лід розтав і вода в холодильнику нагрілась до 80С?
(0,43 кг)
- Скільки гасу було витрачено у примусі, ККД якого 32%, для того, щоб 1 л води нагріти від 10С до 100С і 3% води перетворити в пару? (0,03 кг)
- У посудину теплоємністю 250 Дж/К, що має температуру 10ºС кладуть лід масою 2,5 кг при - 5ºС і ставлять її на кип’ятильник, ККД якого 40%. Скільки кг вугілля потрібно спалити, щоб 10% маси утвореної води перетворити у пару при температурі її кипіння? (0,23 кг)
- У чайник залили воду при температурі 10С і поставили на електроплитку. Через 10 хвилин вода закипіла. Через який час вода повністю википить. (3651 с)
- Деяка кількість води на електричній плитці нагрівалась від 0С до температури кипіння за 15 хв., а після цього за 1 год. 2 хв. вся вода випарувалась. Вважаючи питому теплоємність води відомою, визначити за цими даними питому теплоту пароутворення води. (2,3·106 Дж/кг)
- Для наближеного визначення питомої теплоти пароутворення води ліцеїст проробив наступний дослід. На електричній плитці він нагрів воду, причому виявилось, що на її нагрівання від 10С до 100С знадобилось 18 хв., а для випаровування 0,2 її маси - 23 хв. Чому дорівнює питома теплота пароутворення води за даними досліду? (24·106 Дж/кг)
- На нагрівач поставили відкриту посудину з водою. Через 40 хв. після початку кипіння у посудину добавили воду, маса якої дорівнює масі води, що википіла за цей час. При незмінних умовах нагріву, вода у посудині знову закипіла через 3 хв. Якою була температура води, що добавили? (60С)
- На електричній плитці потужністю 1 кВт кипить чайник з водою. Визначити швидкість витікання пари із носика чайника. Площа перерізу носика 1 см2. Втратами теплоти знехтувати. (7,4 м/с)
- Приготування їжі у каструлі-швидковарці відбувається при температурі 108С і підвищеному тиску. Яка частина води випарується після розгерметизації каструлі? (1,46%)
- Приготування їжі у каструлі-швидковарці відбувається при підвищеному тиску і температурі вищій за 100С. Було помічено, що відразу після розгерметизації каструлі в пару перейшло 3% води, що знаходилось у каструлі. Чому дорівнювала температура води до розгерметизації? (116С)
- В колбі знаходилася вода при 0ºС. Викачуючи із колби повітря, домоглися того, що в ній залишився тільки лід. Яка частина води при цьому випарувалася? (12%)
- У посудині Дьюара зберігається 1,6 кг рідкого азоту при температурі -195ºС. За добу випарилася половина даної кількості азоту. Визначити питому теплоту випаровування азоту коли відомо, що при температурі 0ºС в тій самій посудині протягом 22,5 год розтане 40 г льоду. Температура навколишнього повітря 20ºС. Вважати, що швидкість подачі теплоти в посудину пропорційна різниці температур зовні і всередині посудини. (1,9·105 Дж/кг)
Табличні дані
Табл.1. Питома теплоємність речовин
|
Речовина
|
Питома теплоємність, Дж/(кг·К)
|
Речовина
|
Питома теплоємність, Дж/(кг·К)
|
|
сталь, залізо
|
460
|
вода
|
4190
|
|
латунь
|
380
|
ртуть
|
140
|
|
мідь
|
390
|
спирт
|
2420
|
|
алюміній
|
880
|
масло технічне
|
1885
|
|
свинець
|
130
|
масло машинне
|
2100
|
|
скло
|
830
|
лід, сніг
|
2100
|
|
чавун сірий
|
540
|
|
|
Табл.2. Густини речовин
|
Речовина
|
Густина (в кг/м3)
|
Речовина
|
Густина (в кг/м3)
|
|
мідь
|
8900
|
вода
|
1000
|
|
алюміній
|
2700
|
ртуть
|
13600
|
|
лід
|
900
|
спирт етиловий
|
790
|
|
чавун
|
6800
|
бензин
|
710
|
|
латунь
|
8600
|
пара (при 100ºС та атм. тиску)
|
0,589
|
Табл.3. Коефіцієнти лінійного та об’ємного розширення речовин
|
Речовина
|
Коефіцієнт
|
Речовина
|
Коефіцієнт
|
|
мідь
|
1,7·10-5 К-1
|
чавун
|
1,0·10-5 К-1
|
|
сталь
|
1,2·10-5 К-1
|
латунь
|
2,0·10-5 К-1
|
|
ртуть
|
18,1·10-5 К-1
|
|
|
Табл.4 Питома теплота згоряння палива
|
Речовина
|
Теплота згоряння
|
Речовина
|
Теплота згоряння
|
|
кокс
|
30 МДж/кг
|
порох
|
3,6 МДж/кг
|
|
вугілля
|
27 МДж/кг
|
бензин
|
46,2 МДж/кг
|
|
|
|
газ
|
36 МДж/м3
|
Табл.5 Питома теплота плавлення та температура плавлення речовин
|
Речовина
|
Теплота плавлення
|
Температура
|
|
лід
|
330 кДж/кг
|
0ºС
|
|
сірий чавун
|
96 кДж/кг
|
1150ºС
|
|
свинець
|
24 кДж/кг
|
327ºС
|
|
ртуть
|
11,7 кДж/кг
|
-39ºС
|
|
олово
|
58,5 кДж/кг
|
232ºС
|
Табл.6 Питома теплота пароутворення речовин
Мал.47.
Мал.48
Вода
ар
Мал.49
Q, МДж
t,ºС
100
0
2,3 2,72 2,835
Мал.50
100 200 300 Q, кДж
t,ºС
60
40
20
0