Как будет меняться температура кипения воды: 4 фактора
Температура, при которой кипит жидкость, называется температурой кипения.
Стоит отметить, что она всегда остается неизменной. Поэтому, если увеличить огонь под кипящей кастрюлей с водой, выкипать будет быстрее, но температура при этом не увеличится, так как средняя кинетическая энергия молекул остаётся неизменной.
Рассмотрим 4 фактора, которые влияют на изменение t°:
- Пониженное атмосферное давление (наблюдается в горной местности) – t° уменьшается.
- Повышенное атмосферное давление (наблюдается в шахте) – t° наоборот увеличивается.
- Применения герметической крышки, вакуума. За счёт герметической крышки или посуды пар не выходит градус кипения увеличивается. При использовании вакуума температура зависит от давления, которое создано внутри его.
- Свойства воды. Соленая вода начинает кипеть при более высокой температуре, чем пресная.
Рассмотрим более подробно каждый из факторов.
Влияние атмосферного давления
Согласно исследованиям и уравнению Клапейрона — Клаузиуса, градус кипения напрямую зависит от атмосферного давления. С его ростом температура кипения увеличивается, а с уменьшением, наоборот, становится все ниже и ниже.
Атмосферное давление — это давление атмосферы, действующее на все находящиеся на ней предметы и земную поверхность. Оно может меняться в зависимости от места и времени и измеряется барометром.
Таблица № 1. «Температура кипения воды от давления».
| Р, кПа | t, °C | Р, кПа | t, °C | Р, кПа | t, °C |
| 5,0 | 32,88 | 91,5 | 97,17 | 101,325 | 100,00 |
| 10,0 | 45,82 | 92,0 | 97,32 | 101,5 | 100,05 |
| 15,0 | 53,98 | 92,5 | 97,47 | 102,0 | 100,19 |
| 20,0 | 60,07 | 93,0 | 97,62 | 102,5 | 100,32 |
| 25,0 | 64,98 | 93,5 | 97,76 | 103,0 | 100,46 |
| 30,0 | 69,11 | 94,0 | 97,91 | 103,5 | 100,60 |
| 35,0 | 72,70 | 94,5 | 98,06 | 104,0 | 100,73 |
| 40,0 | 75,88 | 95,0 | 98,21 | 104,5 | 100,87 |
| 45,0 | 78,74 | 95,5 | 98,35 | 105,0 | 101,00 |
| 50,0 | 81,34 | 96,0 | 98,50 | 105,5 | 101,14 |
| 55,0 | 83,73 | 96,5 | 98,64 | 106,0 | 101,27 |
| 60,0 | 85,95 | 97,0 | 98,78 | 106,5 | 101,40 |
| 65,0 | 88,02 | 97,5 | 98,93 | 107,0 | 101,54 |
| 70,0 | 89,96 | 98,0 | 99,07 | 107,5 | 101,67 |
| 75,0 | 91,78 | 98,5 | 99,21 | 108,0 | 101,80 |
| 80,0 | 93,51 | 99,0 | 99,35 | 108,5 | 101,93 |
| 85,0 | 95, 15 | 99,5 | 99,49 | 109,0 | 102,06 |
| 90,0 | 96,71 | 100,0 | 99,63 | 109,5 | 102,19 |
| 90,5 | 96,87 | 100,5 | 99,77 | 110,0 | 102,32 |
| 91,0 | 97, 02 | 101,0 | 99,91 | 115,0 | 103,59 |
Единицы измерения давления в таблице: кПа.
Нормальное атмосферное давление составляет 765 мм. РТ. Ст. = 101,325 Р, кПа
Температура кипения в горах
При подъеме над поверхностью Земли (в горах), температура кипения воды падает, так как снижается атмосферное давление (на каждые 10, 5 м на 1 мм РТ. С). Пузырькам легче всплывать – процесс происходит быстрее.
Поэтому высоко в горах альпинисты не могут приготовить нормальную пищу, а используют законсервированные продукты.
Для варки мяса, как и других продуктов, нужны привычные 100 градусов. В обратном случае все компоненты бульона просто останутся сырыми.
Таблица № 2. «Как будет меняться t° кипения с высотой».
| Высота над уровнем моря | t° кипения |
| 100,0 | |
| 500 | 98,3 |
| 1000 | 96,7 |
| 1500 | 95,0 |
| 2000 | 93, 3 |
| 2500 | 91,7 |
| 3000 | 90,0 |
| 3500 | 88,3 |
| 4000 | 86,7 |
| 4500 | 85,0 |
| 5000 | 83,3 |
| 6000 | 80,0 |
Температура кипения воды в шахте
Если спуститься в шахту, то давление будет увеличиваться.
Температура кипения воды в шахте зависит от глубины (при спуске на 300 м вода закипит при t 101°C, при глубине 600 метров -102 °C
Применение герметической крышки
Герметичные крышки не позволяет образовавшемуся пару ускользнуть. В среднем температура закипания воды увеличивается от 5-20 градусов.
В хозяйстве для приготовления блюд часто используют кастрюли, сковородки с герметичной крышкой. Таким образом, уменьшается время приготовления пищи за счет высокой температуры, а блюда получаются более вкусными. В горных районах с низким давлением это необходимая вещь для приготовления пищи. Так же используют мультиварки и сотейники.
Кипячение воды в вакууме
Вакуум — это среда с газом, с пониженным давлением.
Виды вакуумов:
- низкий;
- средний;
- высокий;
- сверхвысокий;
- экстремальный;
- космическое пространство;
- абсолютный.
Температура кипения воды в вакууме зависит от того, какое давление в нём.
Кипение солёной воды
Солёная вода закипает при более высокой температуре за счет своих свойств.
Соль увеличивает плотность воды, соответственно на процесс требуется больше времени.
t° повышается примерно на 1 градус при добавлении 40 грамм соли на литр воды.
Температура кипения воды в чайнике
Чистая пресная вода закипает в чайнике при t° 100 градусов °C при условиях нормального атм. давления 760 мм ртутного столба.
Причины
Лихорадка1 – защитно-приспособительная реакция организма, которая развивается при воздействии на него патогенных раздражителей (пирогенов) и сопровождается перестройкой терморегуляции1. Чаще всего повышение температуры до 38 °С у взрослых и детей сопутствует острой респираторной вирусной инфекции (ОРВИ)1,3. В этом случае в качестве раздражителя выступают вирусы. Однако пирогенами могут быть и другие микроорганизмы – бактерии, простейшие и грибы, вызывающие самые различные болезни. Такую лихорадку, связанную с «деятельностью» микробов, называют инфекционной.
Пирогены могут иметь неинфекционную природу и образовываться непосредственно в организме при:
- неинфекционном воспалении;
- аллергии;
- опухолевых процессах;
- иммунодефицитных состояниях;
- эндокринных нарушениях;
- травмах головного мозга;
- развитии инсульта2,3.
Наверх к содержанию
Повышение температуры как процесс
За поддержание температуры тела отвечает центр терморегуляции, расположенный в головном мозге в преоптической области гипоталамуса. Воздействие пирогенов на этот центр запускает цепь реакций в кровеносной, дыхательной, нервной, эндокринной и иммунной системах. Результатом изменений становится перестройка теплопродукции и теплоотдачи организма.
Увеличение теплопродукции сопровождается выбросом большого количества энергии и связано с повышением скорости обменных процессов, изменением тонуса и сокращением скелетных мышц. Уменьшение теплоотдачи выражается в спазме поверхностных кровеносных сосудов и оттоке крови от поверхности кожи.
Развитие лихорадки связано с преобладанием теплопродукции над теплоотдачей. Однако причиной температуры 38 °С у ребенка с несовершенной терморегуляцией может стать банальное перегревание в результате длительного пребывания на солнце в жару или несоответствия одежды погодным условиям1.
Наверх к содержанию
Молекулы воды требуют больше места
Причиной тому, что происходят эти процессы расширения и сжатия различных веществ, являются молекулы. Те из них, которые получают больше энергии (это происходит в теплом помещении), двигаются намного быстрее, чем молекулы, находящиеся в холодном помещении. Частицы, которые имеют большую энергию, сталкиваются намного активнее и чаще, им необходимо больше места для движения. Чтобы сдержать то давление, которое оказывают молекулы, материал начинает увеличиваться в размерах. Причем это происходит достаточно стремительно. Итак, вода при замерзании расширяется или сжимается? Почему это происходит?
Вода не подчиняется этим правилам. Если мы начинаем охлаждать воду до четырех градусов Цельсия, то она уменьшает свой объем. Но если температура продолжает падать, то вода вдруг начинает расширяться! Существует такое свойство, как аномалия плотности воды. Это свойство возникает при температуре в четыре градуса Цельсия.
Теперь, когда мы выяснили, расширяется или сжимается вода при замерзании, давайте узнаем, как вообще возникает эта аномалия. Причина таится в частицах, из которых она состоит. Молекула воды создана из двух атомов водорода и одного — кислорода. Формулу воды все знают еще с начальных классов. Атомы в этой молекуле притягивают электроны по-разному. У водорода создается положительный центр тяжести, а у кислорода, наоборот — отрицательный. Когда молекулы воды сталкиваются друг с другом, то атомы водорода одной молекулы переходят на атом кислорода совершенно другой молекулы. Этот феномен называется водородной связью.
График плавления
Начнём с графика плавления (рис. 2
). Пусть в начальный момент времени (точка на графике) тело является кристаллическим и имеет некоторую температуру .
Рис. 2. График плавления
Затем к телу начинает подводиться тепло (скажем, тело поместили в плавильную печь), и температура тела повышается до величины — температуры плавления данного вещества. Это участок графика.
На участке тело получает количество теплоты
где — удельная теплоёмкость вещества твёрдого тела, — масса тела.
При достижении температуры плавления (в точке ) ситуация качественно меняется. Несмотря на то, что тепло продолжает подводиться, температура тела остаётся неизменной. На участке происходит плавление
тела — его постепенный переход из твёрдого состояния в жидкое. Внутри участка мы имеем смесь твёрдого вещества и жидкости, и чем ближе к точке , тем меньше остаётся твёрдого вещества и тем больше появляется жидкости. Наконец, в точке от исходного твёрдого тела не осталось ничего: оно полностью превратилось в жидкость.
Участок соответствует дальнейшему нагреванию жидкости (или, как говорят, расплава
). На этом участке жидкость поглощает количество теплоты
где — удельная теплоёмкость жидкости.
Но нас сейчас больше всего интересует — участок фазового перехода. Почему не меняется температура смеси на этом участке? Тепло-то подводится!
Вернёмся назад, к началу процесса нагревания. Повышение температуры твёрдого тела на участке есть результат возрастания интенсивности колебаний его частиц в узлах кристаллической решётки: подводимое тепло идёт на увеличение кинетической
энергии частиц тела (на самом деле некоторая часть подводимого тепла расходуется на совершение работы по увеличению средних расстояний между частицами — как мы знаем, тела при нагревании расширяются
Однако эта часть столь мала, что её можно не принимать во внимание.)
Кристаллическая решётка расшатывается всё сильнее и сильнее, и при температуре плавления размах колебаний достигает той предельной величины, при которой силы притяжения между частицами ещё способны обеспечивать их упорядоченное расположение друг относительно друга. Твёрдое тело начинает «трещать по швам», и дальнейшее нагревание разрушает кристаллическую решётку — так начинается плавление на участке .
С этого момента всё подводимое тепло идёт на совершение работы по разрыву связей, удерживающих частицы в узлах кристаллической решётки, т.е. на увеличение потенциальной
энергии частиц. Кинетическая энергия частиц при этом остаётся прежней, так что температура тела не меняется. В точке кристаллическая структура исчезает полностью, разрушать больше нечего, и подводимое тепло снова идёт на увеличение кинетической энергии частиц — на нагревание расплава.
Воде нужно больше места при ее охлаждении
В тот момент, когда начинается процесс формирования водородных связей, в воде начинают возникать места, где молекулы находятся в том же порядке, что и в кристалле льда. Эти заготовки называются кластерами. Они не прочны, как в твердом кристалле воды. При повышении температуры они разрушаются и меняют свое местоположение.
Во время процесса начинает стремительно увеличиваться количество кластеров в жидкости. Они требуют больше пространства для распространения, вследствие этого вода и увеличивается в размерах после достижения своей аномальной плотности.
При падении столбика термометра ниже нуля кластеры начинают превращаться в мельчайшие кристаллы льда. Они начинают подниматься вверх. Вследствие всего этого вода превращается в лед. Это очень необычная способность воды. Данный феномен необходим для очень большого количества процессов в природе. Мы все знаем, а если не знаем, то запоминаем, что плотность льда незначительно меньше плотности прохладной или же холодной воды. Благодаря этому лед плавает на поверхности воды. Все водоемы начинают замерзать сверху вниз, что позволяет спокойно существовать и не замерзать водным обитателям на дне. Итак, теперь мы в подробностях знаем о том, расширяется или сжимается вода при замерзании.
Горячая вода замерзает быстрее холодной. Если мы возьмем два одинаковых стакана и нальем в один горячей воды, а в другой столько же холодной, то мы заметим, что горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная. Это не логично, согласитесь? Горячей воде нужно остыть, чтобы начинать замерзать, а холодной этого не нужно. Как объяснить данный факт? Ученые по сей день не могут объяснить эту загадку. Данный феномен имеет название «Эффект Мпембы». Открыт был в 1963 году ученым из Танзании при необычном стечении обстоятельств. Студент хотел сделать себе мороженое и заметил, что горячая вода замерзает быстрее. Об этом он поделился со своим учителем физики, который сначала не поверил ему.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть 1
1. Испарение и кипение — два процесса превращения вещества из одного агрегатного состояния в другое. Общей характеристикой этих процессов является то, что оба они
А. Представляют собой процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное
Б. Происходят при определённой температуре
Правильный ответ
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
2. Испарение и кипение — два процесса перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое. Различие между ними заключается в том, что
А. Кипение происходит при определённой температуре, а испарение — при любой температуре.
Б. Испарение происходит с поверхности жидкости, а кипение — во всём объёме жидкости.
Правильным(-и) является(-ются) утверждение(-я)
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
3. При нагревании вода превращается в пар той же температуры. При этом
1) увеличивается среднее расстояние между молекулами
2) уменьшается средний модуль скорости движения молекул
3) увеличивается средний модуль скорости движения молекул
4) уменьшается среднее расстояние между молекулами
4. В процессе конденсации водяного пара при неизменной его температуре выделилось некоторое количество теплоты. Что произошло с энергией молекул водяного пара?
1) изменилась как потенциальная, так и кинетическая энергия молекул пара
2) изменилась только потенциальная энергия молекул пара
3) изменилась только кинетическая энергия молекул пара
4) внутренняя энергия молекул пара не изменилась
5. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени при её охлаждении и последующем нагревании. Первоначально вода находилась в газообразном состоянии. Какой участок графика соответствует процессу конденсации воды?
1) АВ
2) ВС
3) CD
4) DE
6. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени. В начальный момент времени вода находилась в газообразном состоянии. В каком состоянии находится вода в момент времени \( \tau_1 \)?
1) только в газообразном
2) только в жидком
3) часть воды в жидком состоянии, часть — в газообразном
4) часть воды в жидком состоянии, часть — в кристаллическом
7. На рисунке приведён график зависимости температуры спирта от времени при его нагревании и последующем охлаждении. Первоначально спирт находился в жидком состоянии. Какой участок графика соответствует процессу кипения спирта?
1) АВ
2) ВС
3) CD
4) DE
8. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы превратить в газообразное состояние 0,1 кг спирта при температуре кипения?
1) 240 Дж
2) 90 кДж
3) 230 кДж
4) 4500 кДж
9. В понедельник абсолютная влажность воздуха днём при температуре 20 °С была равной 12,8 г/см3. Во вторник она увеличилась и стала равной 15,4 г/см3. Выпала ли роса при понижении температуры до 16 °С, если плотность насыщенного пара при этой температуре 13,6 г/см3?
1) не выпала ни в понедельник, ни во вторник
2) выпала и в понедельник, и во вторник
3) в понедельник выпала, во вторник не выпала
4) в понедельник не выпала, во вторник выпала
10. Чему равна относительная влажность воздуха, если при температуре 30 °С абсолютная влажность воздуха равна 18·10-3 кг/м3, а плотность насыщенного пара при этой температуре 30·10-3 кг/м3?
1) 60%
2) 30%
3) 18 %
4) 1,7 %
11. Для каждого физического понятия из первого столбца подберите соответствующий пример из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ФИЗИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ
A) физическая величина
Б) единица физической величины
B) прибор для измерения физической величины
ПРИМЕРЫ
1) кристаллизация
2) джоуль
3) кипение
4) температура
5) мензурка
12. На рисунке приведены графики зависимости от времени температуры двух веществ одинаковой массы, находившихся первоначально в жидком состоянии, получающих одинаковое количество теплоты в единицу времени. Из приведённых ниже утверждений выберите правильные и запишите их номера.
1) Вещество 1 полностью переходит в газообразное состояние, когда начинается кипение вещества 2
2) Удельная теплоёмкость вещества 1 больше, чем вещества 2
3) Удельная теплота парообразования вещества 1 больше, чем вещества 2
4) Температура кипения вещества 1 выше, чем вещества 2
5) В течение промежутка времени \( 0-t_1 \) оба вещества находились в жидком состоянии
Часть 2
13. Какое количество теплоты необходимо для превращения в стоградусный пар 200 г воды, взятой при температуре 40 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь.
Давление
-
Основная статья: Давление
Определение давленияДавление — это статическое давление жидкостей и газов, измеренное в сосудах, трубопроводах относительно атмосферного
давления (Па, мбар, бар).
Статическое давлениеСтатическое давление — это давление неподвижной жидкости.
Статическое давление = уровень выше соответствующей точки измерения + начальное давление в расширительном баке.
Динамическое давлениеДинамическое давление — это давление движущегося потока жидкости.
Давление нагнетания насоса
Это давление на выходе центробежного насоса во время его работы.
Перепад давления
Давление, развиваемое центробежным насосом для преодоления общего сопротивления системы. Оно измеряется между входом и выходом центробежного насоса.
Рабочее давление
Давление, имеющееся в системе при работе насоса.
Допустимое рабочее давление
Максимальное значение рабочего давления, допускаемого из условий безопасности работы насоса и системы.
Основные свойства жидкости
Молекулы жидкого вещества вплотную расположены одна к другой, чем напоминают твёрдое состояние. Отсюда объём жидкостей слабо зависит от оказываемого на них давления. Для них характерно относительное постоянство занимаемого пространства, как для твёрдой материи в отличие от газов.
Основные физические свойства жидкости:
- Вязкость или внутреннее трение – способность сопротивляться перемешиванию. При перемешивании молекулы сталкиваются, вызывая появление затормаживающего давления. Кинетическая энергия передвижения превращается в тепло.
- Текучесть воды – это способность принимать форму сосуда, где она находится. Объясняется тем, что молекулы колеблются в своих положениях и периодически перескакивают из одного места на другое. Если к веществу приложить внешнюю силу, она заставит молекулы течь – перемещаться в сторону её воздействия. Пределом текучести, в отличие от пластичных тел, жидкости не обладают.
- Сохранение занимаемого объёма. Жидкости тяжело сжимать, ведь между молекулами мало пространства. Давление равномерно передаётся каждой молекуле вещества, заточённого в закрытом сосуде. Свойство применяется в гидравлических агрегатах.
- Повышение объёма при нагревании и сужение при снижении температуры. Исключение – вода. При замерзании увеличивается в объёме, при нагреве от 0 до 4 °C – сжимается.
- Диффузия – прохождение молекул под воздействием тепла сквозь поверхностное натяжение с последующим смешиванием.
- Свободная поверхность либо поверхность раздела по одну сторону которой находится пар, по другую – жидкость.
- Поверхностное натяжение – мембрана, расположенная в верхнем слое вещества, стремящаяся минимизировать свою площадь. Проявление – мыльные пузыри, поверхность которых минимизируется, принимая сферическую форму. Поверхностное натяжение выглядит как тончайшая плёнка, натянутая перпендикулярно стенкам сосуда с жидкостью.
- Испарение с конденсацией – переход в газообразное или твёрдое состояния соответственно.
- Кипение – образование пара внутри объёма вещества при высокой температуре.
- Смачивание – возникает при соприкосновении с твёрдыми предметами, проявляется в проникновении, прилипании и растекании субстанции (либо не прилипании с отталкиванием).
- Капиллярные явления – особенности взаимодействия с несмачиваемыми и смачиваемыми поверхностями.
- Лёгкость смешивания – растворяемость друг в друге.
- Перегрев – нагрев свыше температуры кипения без закипания.
- Переохлаждение – остывание ниже температуры замерзания без образования кристаллов.
- Образование волн на поверхности вследствие вывода участка поверхности из равновесия.
Какими общими свойствами обладают жидкости и газы?
Между жидким и газообразным состоянием вещества существует ряд схожих свойств:
- Равномерное распределение по предоставляемому объёму.
- Не сохраняют форму, не имеют её.
- Постоянное передвижение молекул помимо их колебаний.
Жидкости сосуществуют с иными агрегатными состояниями материи при строгом соблюдении ряда условий, например, температуры.
Отвернитесь от дисплея и назовите основные физические свойства жидкости без объяснения их значений.
Повышенная температура у ребенка
У детей первым симптомом ОРВИ зачастую становится именно гипертермия1,7,8. При этом дети часто не ощущают температуру 38 °С: у них ничего не болит, их ничего их не беспокоит. Головная боль, насморк, першение в горле и кашель появляются позже, и они досаждают малышу больше, чем сама гипертермия.
Зачастую взрослые, ориентируясь на свои ощущения при лихорадке и дискомфорт, который они при этом испытывают, торопятся сбить ребенку температуру. Этого делать не нужно. Согласно общепринятым нормам, использовать жаропонижающие препараты следует только в том случае, если столбик термометра поднимается о. При этом достаточно снизить температуру на 1 °С, а не добиваться ее полной нормализации8.
Сбивать температуру 38 °С врачи настоятельно рекомендуют у грудничков менее трех месяцев отроду и детей с сопутствующими заболеваниями сердца и нервной системы, с предрасположенностью к судорожным припадкам4,7,8. Для остальных малышей она не представляет опасности.
Если состояние ребенка ухудшается, его кожа и губы выглядят бледными, руки и ножки становятся холодные на ощупь, дать жаропонижающий препарат имеет смысл. Это поможет предупредить дальнейшее развитие лихорадки.
Появление фебрильных судорог в виде подергивания отдельных мышечных волокон/мышц и тем более – общего судорожного припадка, когда тело малыша выгибается дугой, должно стать поводом для немедленного использования жаропонижающих средств и вызова бригады скорой помощи7,8.
Наверх к содержанию
Задачи на количество теплоты с решениями
Формулы, используемые на уроках «Задачи на количество теплоты,
удельную теплоемкость».
1 г = 0,001 кг; 1 т = 1000 кг; 1 кДж = 1000 Дж; 1 МДж = 1000000 Дж
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Задача № 1.
В железный котёл массой 5 кг налита вода массой 10 кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 до 100 °С?
При решении задачи нужно учесть, что оба тела — и котёл, и вода — будут нагреваться вместе. Между ними происходит теплообмен. Их температуры можно считать одинаковыми, т. е. температура котла и воды изменяется на 100 °С — 10 °С = 90 °С. Но количества теплоты, полученные котлом и водой, не будут одинаковыми. Ведь их массы и удельные теплоёмкости различны.
Задача № 2.
Смешали воду массой 0,8 кг, имеющую температуру 25 °С, и воду при температуре 100 °С массой 0,2 кг. Температуру полученной смеси измерили, и она оказалась равной 40 °С. Вычислите, какое количество теплоты отдала горячая вода при остывании и получила холодная вода при нагревании. Сравните эти количества теплоты.
Задача № 3.
Стальная деталь массой 3 кг нагрелась от 25 до 45 °С. Какое количество теплоты было израсходовано?
Задача № 4.
В сосуде содержится 3 л воды при температуре 20 °С. Сколько воды при температуре 45 °С надо добавить в сосуд, чтобы в нём установилась температура 30 °С? Необходимый свободный объём в сосуде имеется. Теплообменом с окружающей средой пренебречь
Задача № 5.
На сколько градусов изменилась температура чугунной детали массой 12 кг, если при остывании она отдала 648000 Дж теплоты?
Задача № 6.
По графику определите удельную теплоёмкость образца, если его масса 50 г.
Задача № 7.
Для нагревания медного бруска массой 3 кг от 20 до 30 °С потребовалось 12000 Дж теплоты. Какова удельная теплоемкость меди?
Задача № 8.
Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 1 °С, передает ей 2,1 кДж энергии. Чему равна удельная теплоемкость камня?
Задача № 9.
Какое количество теплоты потребуется для нагревания на 1 °С воды объемом 0,5 л; олова массой 500 г; серебра объемом 2 см3; стали объемом 0,5 м3; латуни массой 0,2 т?
Задача № 10.
Какое количество теплоты получили алюминиевая кастрюля массой 200 г и находящаяся в ней вода объемом 1,5 л при нагревании от 20 °С до кипения при температуре 100 °С?
Задача № 11.
а) Воздух, заполняющий объем 0,5 л в цилиндре с легким поршнем, нагрели от 0 до 30 °С при постоянном атмосферном давлении. Какое количество теплоты получил воздух? б) В порожнем закрытом металлическом баке вместимостью 60 м3 под действием солнечного излучения воздух нагрелся от 0 до 20 °С. Как и на сколько изменилась внутренняя энергия воздуха в баке? (Удельная теплоемкость воздуха при постоянном объеме равна 720 Дж/кг-°С.)
Задача № 12.
ОГЭ
Металлический цилиндр массой m = 60 г нагрели в кипятке до температуры t = 100 °С и опустили в воду, масса которой mв = 300 г, а температура tв = 24 °С. Температура воды и цилиндра стала равной Θ = 27 °С. Найти удельную теплоёмкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Удельная теплоёмкость воды св = 4200 Дж/(кг К).
Задача № 13.
В теплоизолированном сосуде сначала смешивают три порции воды 100 г, 200 г и 300 г с начальными температурами 20 °C, 70 °C и 50 °C соответственно. После установления теплового равновесия в сосуд добавляют новую порцию воды массой 400 г при температуре 20 °C. Определите конечную температуру в сосуде. Ответ дайте в °C, округлив до целого числа. Теплоёмкостью калориметра пренебрегите.
Решение.
Ответ: 39 °С.
Задача № 14. (повышенной сложности)
Стальной шарик радиусом 5 см, нагретый до температуры 500 ˚С, положили на лед, температура которого 0 ˚С. На какую глубину погрузится шарик в лед? (Считать, что шарик погрузился в лед полностью. Теплопроводностью шарика и нагреванием воды пренебречь.)
Дано: R = 0,05 м; t1 = 500 ˚С; t2 = 0 ˚С;
ρ1 (плотность стали) = 7800 кг/м3.;
ρ2 (плотность льда) = 900 кг/м3.
c (удельная теплоемкость стали) = 460 Дж/кг •˚С,
λ (удельная теплота плавления льда) = 3,3 • 105 Дж/кг,
Найти: h – ?
Конспект урока «Задачи на количество теплоты».
Посмотреть конспект урока по теме «Количество теплоты. Удельная теплоемкость»
Следующая тема: «ЗАДАЧИ на сгорание топлива с решениями».
От чего зависит вскипание жидкости?
Закипание жидкости напрямую зависит от температуры. Чем сильнее нагревается емкость, тем интенсивнее прогревается содержимое внутри нее.
За счет этого вода быстрее вскипает, достигнув температуры кипения.
Вскипание также зависит от давления воздуха, которое оказывается на поверхность. Если оно падает, то и температура закипания снижается. Вскипание наступает быстрее. Если давление увеличивается, то и температура вскипания уменьшается. Для закипания потребуется большее температурное воздействие.
Вскипание зависит также от диаметра дна кастрюли. Чем оно больше, тем скорее содержимое закипит внутри нее.
Многое зависит от вида применяемого источника нагревания. Вода вскипает через разный временной промежуток, если для ее нагрева используется газовая или электрическая плита.
С какой силой расширяются вещества при нагреве?
.. вопрос в том не затратиться ли на тепло больше энергии, чем …..
Затратится!!! Обязательно затратится… …Попробую объяснить в том-же стиле, в котором объяснял дочке когда-то…)))) Итак, мы знаем, что температура — ото хаотичное движение частиц.Т.е., атомы дёргаются»туда-сюда»… Мы трогаем пальцами тело… Его дёргающиеся атомы толкаются с атомами наших пальцев и они тоже начинают дёргаться… Мы чувствуем тепло!!! Чем больше мы подведём энергии (тепла), тем сильнее они будут дёргаться!!! (Это и есть температура). При «абсолютном нуле» атомы совсем остановились! Всё!!! Отвести от них энергию (убрать тепло) нельзя — она закончилась!!! При этом атомы притянулись друг к другу на наиближайшее расстояние! (Ничего не мешает им это сделать)… Начинаем подводить энергию (нагревать). Атомы получают энергию… (В чистом виде, а не в тех, которые ощущаются нашими органами чувств!!!). Что они могут с ней делать??? Только двигаться!!! (Они больше ничего не умеют)) ) Итак, получая её, они начинают «шевелиться»… Сперва чуть-чуть…Потом всё сильнее и сильнее… Амплитуда возрастает…На это им нужно больше места… И постепенно, они «расшатываются», увеличивая расстояние между собой… (Тепловое расширение)… Если подводить энергию дальше (продолжать греть), то неизбежно наступит тот момент, когда эта их тряска разрушит кристаллическую решётку!!! Атомы накопят столько энергии, что преодолеют гравитационные силы и оторвутся друг от друга!!! (Переход в другое агрегатное состояние — ЖИДКОСТЬ!!!). Если и дальше греть — они уже не дёргаются!! Они уже летают, «сталкиваются и рикошетят»… И наступит тот момент, когда их энергия позволит им разлетаться друг от друга на вообще огромные расстояния (ГАЗ!!!)
А энергия-то, которую мы подводили (тепло)… ОНА НИКУДА НЕ ДЕЛАСЬ!!!! Она была просто «поделена между частицами) и каждая частица обладает её частью!!! (Потому и летает!)))). Теоретически её можно забрать у них обратно…И они потихоньку будут терять свою скорость… (А что они ещё могут терять при неизменной массе???))))). По мере отвода энергии они будут сближаться… Всё «поехало обратно»… …И вот они опять «слиплись» в кристаллическую решётку (Но всё ещё немного дёргаются… Мы пока не всю энергию у них отобрали… Поэтому гравитационные силы не могут их притянуть совсем уж «до упора друг в друга» (Тело расширено)… Но вот мы отобрали всю… Она у них закончилась… Дёргаться у них уже нет сил!!! (При чём, в прямом смысле! Чтобы приложить СИЛУ, необходимо затратить ЭНЕРГИЮ! А её у них уже нет!!!)))). Гравитация радостно стянула их друг к другу, пока не слиплись… Всё!!! Покой!!! ОБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ!!! -273!!!… По проклятому Цельсию!!! ….)))))))
Так вот… Энергия НИКУДА НЕ ДЕЛАСЬ!!! Её не стало нибольше, ни меньше!!! Сколько мы «влили», столько и отвели потом!!! А вот, если бы отвели раньше… Если бы в середине этого процесса мы отобрали у атомов энергию посредством механики, а не тепла, то они просто, потеряв её, быстрее сблизились бы….(Тело остыло).
Я к чему… Энергия — она и есть энергия!!! Это для наших органов чувств она может быть механической, или тепловой… Для атомов же она одинакова!! (На их уровне «тепло» — это движение! ) И когда тело, расширяясь, выполнит какую-то работу — ото означает отвод ПОДВЕДЁННОЙ ВАМИ РАНЕЕ энергии. Тело при этом ОСТЫВАЕТ!!!… П.С. Как пример… Летящая пуля обладает энергией! Резко её остановите!!! (Удар в броню). Энергия, которая до этого тратилась на полёт пули дальше не может обеспечивать этот полёт!!! Но атомы пули обладают этой энергией.. И они начнут её использовать единственным доступным им методом: двигаться — пуля раскалится!!! П.П.С. Предваряю: не путайте понятия «энергия», «сила» и «работа». Эти понятия разные!!! Хоть и связанные… (Просто, большинство «Перпетуммобилистов» как раз этим и грешат….
Кипение
Кипение
— это парообразование, происходящее по всему объёму
жидкости.
Кипение оказывается возможным потому, что в жидкости всегда растворено какое-то количество воздуха, попавшего туда в результате диффузии. При нагревании жидкости этот воздух расширяется, пузырьки воздуха постепенно увеличиваются в размерах и становятся видимы невооружённым глазом (в кастрюле с водой они осаждают дно и стенки). Внутри воздушных пузырьков находится насыщенный пар, давление которого, как вы помните, быстро растёт с повышением температуры.
Чем крупнее становятся пузырьки, тем большая действует на них архимедова сила, и определённого момента начинается отрыв и всплытие пузырьков. Поднимаясь вверх, пузырьки попадают в менее нагретые слои жидкости; пар в них конденсируется, и пузырьки сжимаются опять. Схлопывание пузырьков вызывает знакомый нам шум, предшествующий закипанию чайника. Наконец, с течением времени вся жидкость равномерно прогревается, пузырьки достигают поверхности и лопаются, выбрасывая наружу воздух и пар — шум сменяется бульканьем, жидкость кипит.
Пузырьки, таким образом, служат «проводниками» пара изнутри жидкости на её поверхность. При кипении наряду с обычным испарением идёт превращение жидкости в пар по всему объёму — испарение внутрь воздушных пузырьков с последующим выводом пара наружу. Вот почему кипящая жидкость улетучивается очень быстро: чайник, из которого вода испарялась бы много дней, выкипит за полчаса.
В отличие от испарения, происходящего при любой температуре, жидкость начинает кипеть только при достижении температуры кипения
— именно той температуры, при которой пузырьки воздуха оказываются в состоянии всплыть и добраться до поверхности. При температуре кипения давление насыщенного пара становится равно внешнему давлению на жидкость
(в частности, атмосферному давлению
). Соответственно, чем больше внешнее давление, тем при более высокой температуре начнётся кипение.
При нормальном атмосферном давлении ( атм или Па) температура кипения воды равна . Поэтому давление насыщенного водяного пара при температуре равно
Па. Этот факт необходимо знать для решения задач — часто он считается известным по умолчанию.
На вершине Эльбруса атмосферное давление равно атм, и вода там закипит при температуре . А под давлением атм вода начнёт кипеть только при .
Температура кипения (при нормальном атмосферном давлении) является строго определённой для данной жидкости величиной (температуры кипения, приводимые в таблицах учебников и справочников — это температуры кипения химически чистых жидкостей. Наличие в жидкости примесей может изменять температуру кипения. Скажем, водопроводная вода содержит растворённый хлор и некоторые соли, поэтому её температура кипения при нормальном атмосферном давлении может несколько отличаться от ). Так, спирт кипит при , эфир — при , ртуть — при
Обратите внимание: чем более летучей является жидкость, тем ниже её температура кипения. В таблице температур кипения мы видим также, что кислород кипит при
Значит, при обычных температурах кислород — это газ!
Мы знаем, что если чайник снять с огня, то кипение тут же прекратится — процесс кипения требует непрерывного подвода тепла. Вместе с тем, температура воды в чайнике после закипания перестаёт меняться, всё время оставаясь равной . Куда же при этом девается подводимое тепло?
Ситуация аналогична процессу плавления: тепло идёт на увеличение потенциальной энергии молекул. В данном случае — на совершение работы по удалению молекул на такие расстояния, что силы притяжения окажутся неспособными удерживать молекулы неподалёку друг от друга, и жидкость будет переходить в газообразное состояние.
