Тепловые явления». Часть 2. Расчетные задачи

Задания необходимо решать вручную,
высылать на почту [email protected]
Для зачета нужно набрать 30 баллов
фотографировать
и
Задание 1. «Тепловые явления»
Задачи для самостоятельного решения (2 балла).
При решении задач обратите внимание на демонстрационные примеры,
рассмотренные выше. У многих задач общая задачная ситуация с
измененными данными и вопросом задачи. Постарайтесь решить задачи в
соответствии с основными подходами к составлению уравнения баланса
теплот.
Задача 1.
В кастрюлю налили холодной воды при температуре 15 °С
и поставили на электроплиту. Через 15 мин вода закипела. Через какое время
после этого она выкипит полностью? Масса кастрюли намного меньше
массы воды.
Ответ: 96,6 мин.
Задача 2.
Доли спирта и керосина в топливной смеси равны
соответственно 30 % и 70 %. Определите удельную теплоту сгорания смеси.
Ответ: 40 МДж/кг.
Задача 3.
КПД автомобильного двигателя равен 42%, мощность
равна 54 кВт. Определите расход бензина при скорости 72 км/ч на 100 км.
Ответ:  20 л.
Задача 4.
Определите, какая часть механической энергии пули при
ударе о преграду превращается во внутреннюю энергию, если пуля
полностью расплавилась. Скорость пули в момент удара 500 м/с, температура
пули до удара 200 °С.
Ответ: 66%.
Задача 5.
Свинец, взятый при температуре плавления, вливают в
углубление, сделанное во льду. Определите массу влитого свинца, если он
растопил лед массой 270 г? Температура льда не изменяется и равна 0 °С.
Ответ: 1,34 кг.
Задача 6.
В стальном калориметре массой 100 г находилась вода
массой 150 г при температуре 15 °С. В калориметр поместили деталь массой
226 г, нагретую в кипящей воде. Когда установилось тепловое равновесие,
температура в калориметре оказалась равной 35°С. Определите удельную
теплоемкость бруска и материал, из которого он сделан1.
Ответ: 920
Дж
.
кг · С
Задача 7.
Электрон
агреватель
поочередно
нагревает
различные
жидкости в калориметре. На
рисунке 5 представлены
графики
зависимости
температуры жидкостей от
времени. В первом опыте
калориметр содержал воду
массой 3 кг, в втором –
неизвестное
количество
воды,
в
третьем
–
неизвестную
жидкость
массой 4,76 кг. Определите
Рисунок 1.5. График к задаче 7.
массу воды во втором опыте
и неизвестную жидкость по
таблице удельных теплоемкостей веществ.
Ответ: 1,3 кг;  1700 Дж .
кг · С
Задача 8.
Лед массой 900 г положили в калориметр с водой.
Начальная температура воды 5 °С, масса 2,0 кг,. После установления
теплового равновесия масса льда: а) увеличилась на 50 г; б) уменьшилась на
50 г. Определите начальную температуру льда. Теплоемкостью калориметра
и тепловыми потерями пренебречь.
Ответ: а) – 31 °; б)-13,4 °С.
Задача 9.
Нагретый стальной куб положили на лед, и куб полностью
погрузился в лед. Определите, до какой температуры был нагрет куб?
Температура льда 0 °С, тепловыми потерями пренебречь.
Ответ:  84 °С.
1
В этой задаче и последующих подобных задачах теплообменом с окружающей средой пренебречь.
Задача 10. Ванну объемом 200 л необходимо заполнить водой с
температурой 36 °С. Для этого используется вода с температурой 80 °С и
лед с температурой –20 °С. Найдите массу льда, который нужно положить в
ванну. Теплоемкостью ванны и потерями тепла пренебречь.
Ответ:  52 кг.
Задача 11. В калориметре при температуре 0 °С находятся вода
массой 800 г и лед массой 200 г. Какая температура установится в
калориметре, если долить в него а) 100 г кипятка; б) 500 г кипятка?
Ответ: а) 0 °С; б)  23 °С.
Задача 12. Лед массой 200 г находится в калориметре при
температуре 0 °С. В калориметр впустили пар при температуре 100°С.
Определите массу воды в калориметре, при условии, что весь лед растаял, а
температура по-прежнему равна 0 °С.
Ответ: 224 г.
Задача 13. Лед массой 600 г находится в калориметре при
температуре – 10 °С. В калориметр впустили пар массой 90 г при
температуре 100°С. Какая температура установится в калориметре?
Ответ:  11 °С.
Задача 14. Вода массой 400 г находится в медном сосуде массой 300
г при температуре 40 °С. В воду бросили кусок льда при температуре – 14 °С.
После установления теплового равновесия остался нерасплавленный лед массой 80 г. Какова начальная масса льда?
Ответ: 271 г.
Задача 15. В латунном калориметре массой 200 г находится снег
массой 150 г при температуре – 20 °С. Определите массу водяного пара с
температурой 100 °С, необходимого для того, чтобы весь снег растаял.
Ответ: 21 г.
Решите задачи высокого уровня сложности (3 балла)
Задача 16.
Через воду, налитую в медный калориметр массой 150 г
пропустили водяной пар при 100 °С. Масса воды после этого возросла от 300
г до 315 г, а температура повысилась от 20 до 50 °С. Какое значение
удельной теплоты парообразования можно получить на основании этих
данных?
Ответ: 2,32·106 Дж .
кг
Задача 17.
В пустой калориметр налили стакан кипятка и поместили
кусок льда. Кипяток превратился в лед с температурой 0 °С. Когда в
калориметр налили еще 9 таких же стаканов кипятка, весь лед превратился в
воду с температурой 0 °С. Определите начальную температуру льда.
Ответ:  – 35 °С.
Задача 18.
За один час три литра молока в пустом холодильнике
остыли от 20 °С до 8 °С, при этом средняя мощность отдачи холодильником
теплоты на кухню равна 500 Вт. Определите среднюю мощность
потребления энергии холодильником от сети. Плотность молока 1030 кг/м3,
удельная теплоемкость ≈ 4000 Дж/ (кг· °С).
Ответ:  459 Вт.
Задача 19.
На раскалённую алюминиевую сковородку массой 400 г
вылили 200 г воды с температурой 23 °C. Сразу после контакта сковородки с
водой в процессе кипения испарилось 20 г воды. Определите начальную
температуру сковородки.
Ответ:  401 °С.
Задача 20.
В воду, имеющую температуру 10 °С, опускают тело,
нагретое до температуры 100 °С. При этом установилась общая температура
50 °С. Какой станет температура воды, если, не вынимая первого тела, в нее
опустить еще два таких же тела, нагретых до температуры 100 °С? Три?
Сколько тел нужно перенести, чтобы температура воды стала равна 90 °С?
Тепловыми потерями пренебречь.
Ответ: 73,5 °С; 78,6 °С; 10 .
Задача 21.
Лед,
помещенный
в
калориметр, нагревают с
помощью нагревателя.
График
зависимости
температуры
от
подводимого количества
теплоты приведен на
рисунке.
Начальная
температура льда – 40
°С.
Определите
по
данным
графика
Рисунок 1.6. График к задаче 6
удельную теплоту плавления льда. Теплоемкостью сосуда можно
пренебречь. Процесс происходит при нормальном атмосферном давлении.
Ответ: 336 кДж
кг
Задача 22.
Два сосуда разделены теплопроводящей
стенкой и помещены в калориметр. В первый сосуд наливают
жидкость массы m1 и удельной теплоёмкости c1, а во второй – m1, c1 m2, c2
жидкость массы m2 удельной теплоёмкости c2. Определите
массу m2 жидкости, если известно, что после установления
теплового равновесия первая жидкость нагрелась на 1/3 от начальной
разницы температур.
c1
m1 .
Ответ: m2 
2c 2
Задача 23.
В калориметре находится лед массой 200 г при
температуре 0 °С. В калориметр впускают пар температурой 100 °С.
Определите массу образовавшейся воды, при условии, что весь лед растаял.
Конечная температура в калориметре равна 0 °С.
Ответ: 225 г.
Задача 24.
В калориметре находится вода массой 500 г при
температуре 4 °С. К ней долили 150 г воды с температурой 15 °С и положили
400 г льда с температурой – 60 °С. Определите установившуюся температуру
в калориметре и количество льда в конце процесса теплообмена.
Ответ: 0 °С; масса льда увеличится до 498 г.
Задача 25.
Из сосуда, в котором находится вода при 0 °С, быстро
откачивают воздух. Вода при этом замерзает. Определите, какая часть воды
при этом испарилась. Удельная теплота парообразования воды при 0 °С
равна 2,5 МДж/кг.
Ответ: 12 %.
Задача 26.
Два одинаковых кусочка льда движутся навстречу друг
другу с равными скоростями и при столкновении превращаются в воду.
Определите минимальную скорость льдинок перед ударом. Температура
льдинок перед ударом – 15 °С.
Ответ:854 м/с.