Основные понятия и законы.
1. Все тела состоят из атомов и молекул, находящихся в беспорядочном непрерывном движении. Хаотическое движение молекул тела называют тепловым движением. Каждая молекула вещества обладает кинетической и потенциальной энергией, поэтому всякое тело наряду с механической энергией направленного движения обладает внутренней энергией. Величина внутренней энергии тела складывается из кинетической энергии беспорядочного движения молекул и потенциальной энергии их взаимного взаимодействия и расположения.
Изменение внутренней энергии и передача ее от одного тела к другому происходит в процессе взаимодействия тел. Возможны два способа такого взаимодействия. Первый – когда внутренняя энергия одного тела изменяется за счет изменения энергии упорядоченного движения другого тела (механической работы, электризации, перемагничивании, облучении), второй – когда изменение внутренней энергии происходит вследствие соударения хаотически движущихся молекул соприкасающихся тел.
2. Процесс изменения внутренней энергии тела, обусловленный передачей теплового движения молекул без совершения работы внешней средой, называется тепловым процессом или процессом теплопередачи. Мерой изменения внутренней энергии тел, происходящего при теплообмене, служит величина, называемая количеством теплоты.
3. Количество теплоты, подведенное к телу, идет, в общем случае, на изменение внутренней энергии тела и на совершение телом работы над внешней средой (закон сохранения и превращения энергии):
Количеством теплоты Q, сообщенному телу, считается при этом положительным, отданное телом – отрицательным. Работа считается положительной, если тело совершает работу над внешней средой, отрицательной, если работа совершается над телом.
4. Количество теплоты и работа являются мерами изменения внутренней энергии, первая – в процессе теплопередачи, вторая – в процессе превращения механической энергии в теплоту.
Единицей количества теплоты является джоуль (Дж).
5. Существуют три вида теплопередачи: конвекция, теплопроводность и излучение.
Конвекция (в газах и жидкостях) – передача тепла путем перемещения и перемешивания холодных слоев жидкого и газообразного вещества.
Теплопроводность (в газах, жидких и твердых телах) – передача теплоты от более нагретой части тела к менее нагретой в результате теплового движения и взаимодействия молекул.
Излучение – процесс передачи теплоты на расстоянии с помощью электромагнитных волн.
6. Скалярная величина, равная количеству теплоты, которое требуется для изменения температуры тела на один градус, называется общей теплоемкостью C0.
7. Скалярная величина, равная количеству теплоты, которое требуется для изменения температуры тела массой 1 кг на 1О C, называется удельной теплоемкостью C.
8. Если суммарная кинетическая энергия молекул тела изменяется при неизменной потенциальной энергии, то изменение внутренней энергии тела массой m равно
, или 
,
где 
- изменение температуры тела, c – удельная, а C0 – общая теплоемкость вещества.
9. Удельной теплотой сгорания топлива q называется скалярная величина, равная количеству теплоты, которое выделит топливо массой 1 кг при полном сгорании.
10. В процессе химического соединения ряда веществ перестраивается структура молекул, в результате чего резко увеличивается их кинетическая энергия. Такие процессы называют процессами горения, а участвующие в них тела – топливом и окислителем.
При полном сгорании топлива массы m внутренняя энергия теплового движения молекул возрастает на величину
,
где q – удельная теплота сгорания топлива при данном окислителе.
11. Коэффициентом полезного действия (КПД) нагревателя называется скалярная величина:
,
где QП – полезное количество теплоты, QЗ – количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива.
§2. Внутренняя энергия. Качественные задачи.
Задача 1. Закрытую пробирку поместили в горячую воду. Изменилась ли кинетическая и потенциальная энергия молекул воздуха в пробирке? Если изменилась, то как?
Задача 2 . В один стакан налита холодная вода, в другой – кипяток. В каком стакане вода обладает большей внутренней энергией?
Задача 3. Два медных бруска массами 100 и 500 г, взятых при комнатной температуре, погрузили в горячую воду на одинаковое время. Изменилась ли их внутренняя энергия? Одинаково ли изменилось значение внутренней энергии этих брусков относительно друг друга? Ответ обоснуйте.
Задача 4. В сосуде нагрели воду. Можно ли сказать, что внутренняя энергия воды увеличилась? Можно ли сказать, что воде передано некоторое количество теплоты? Ответ обоснуйте.
Задача 5. После обработки на точильном круге зубило стало горячим. Зубило, вынутое из горна, тоже горячее. Одинакова ли причина повышения температуры зубила?
Задача 6 В закрытой трубке находится капля ртути. Трубку с одного конца нагрели. Объясните, за счет какой энергии совершается работа по перемещению ртути в трубке.
Задача 7. При трении головки спички о коробок спичка воспламеняется. Объясните явление.
Задача 8. Спичка загорается при трении ее о коробок. Она вспыхивает и при внесении ее в пламя свечи. В чем сходство и различие причин, приведших к воспламенению спички?
Задача 9. Можно ли сказать (см. предыдущую задачу), что внутренняя энергия спичечной головки увеличилась, что ей передано некоторое количество теплоты, что она нагрелась до температуры воспламенения?
Задача 10. Почему воспламеняется горючее в капсюле патрона при ударе по ней бойком во время выстрела?
Задача 11. В пробирку наливают немного воды, затыкают пробкой и нагревают воду. Спустя некоторое время пробка вылетает. Какие превращения энергии происходят в опыте?
Задача 12. Со дна водоема всплывает пузырек воздуха. За счет чего увеличивается его потенциальная энергия?
Задача 13. Объясните, почему происходит изменение внутренней энергии: а) при сжатии и расширении воздуха; б) при нагревании воды в кастрюле; в) при сжатии и растяжении резины; г) при таянии льда.
Задача 14. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела в процессе совершения работы при: а) трении; б) ударе; в) сжатии.
Задача 15. В одном сосуде разреженный газ. В другом таком же сосуде - сжатый. Какой газ имеет большую потенциальную энергию взаимодействия молекул и почему?
Задача 16. Почему пила нагревается, если ею пилить длительное время?
Задача 17. Объясните, на каком физическом явлении основан способ добывания огня трением.
Задача 18. Почему коньки легко скользят по льду, а по стеклу, поверхность которого более гладкая, на коньках катится невозможно?
Задача 19. Почему при вбивании гвоздя его шляпка нагревается слабо, а когда гвоздь уже вбит, достаточно нескольких ударов, чтобы сильно нагреть шляпку?
Задача 20. Какие превращения энергии происходят при торможении движущегося автомобиля?
Задача 21. Как изменяется внутренняя энергия газа в пузырьке, который поднимается со дня водоема?
Задача 22. Почему шариковые подшипники у машин нагреваются меньше, чем подшипники скольжения?
Задача 23. Что является причиной сильного нагревания и сгорания искусственных спутников Земли при вхождении их в нижние плотные слои атмосферы?
Задача 24. При скоростной обработке металла температура в точках отделения стружки от изделия повышается на 800 – 900 
. Объясните причину явления.
Задача 25. При опиловке металла один ученик за 5 мин снял слой толщиной 2 мм. Другой ученик при обработке такой же детали за то же время снял слой толщиной 3 мм. Почему повысилась температура деталей? У какого из учащихся деталь после обработки приобрела более высокую температуру? Почему?
Задача 26. Как объяснить, что при откачивании воздуха из баллона внутренняя энергия оставшейся части воздуха уменьшилась?
§3. Виды теплопередачи. Качественные задачи.
Задача 27. В стакан налит горячий чай. Как осуществляется теплообмен между чаем и стенками стакана?
Задача 28. Как изменится внутренняя энергия нагретого тела при опускании его в холодную воду? Почему?
Задача 29. Железная и медная заклепки имеют одинаковую массу и температуру. Заклепки опустили в холодную воду. Какая из них быстрее охладится?
Задача 30. Почему нагретые детали в воде охлаждаются быстрее, чем на воздухе?
Задача 31. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела в процессе теплообмена.
Задача 32. Каким образом будет происходить теплообмен, если кипяток из стакана вылить в бочку, наполненную холодной водой? Когда этот процесс прекратится?
Задача 33. Зачем канализационные и водопроводные трубы зарывают в землю на значительную глубину?
Задача 34. Зачем ствол винтовки покрывают деревянной ствольной накладкой?
Задача 35. В медный и стеклянный сосуд налили жидкость. Какой из стаканов быстрее примет температуру налитой жидкости?
Задача 36. Почему вы обжигаете губы, когда пьете чай из металлической кружки и не обжигаете, когда пьете из чай из фарфоровой кружки (температура чая одинакова)?
Задача 37. В каком чайнике вода скорее нагреется: в новом или в старом, на стенках которого имеется накипь?
Задача 38. Если температура в комнате 16 
, то нам не холодно, но если войти в воду, температура которой 20 , то мы ощущаем довольно сильный холод. Почему?
Задача 39. При одинаковой температуре гранита и кирпича кирпич на ощупь кажется теплее гранита. Какой из этих строительных материалов обладает лучшей теплопроводностью?
Задача 40. Зимой на улице металл на ощупь холоднее дерева. Какими будут казаться на ощупь металл и дерево в тридцатиградусную жару? Почему?
Задача 41. Почему шерстяная одежда сохраняет теплоту лучше, чем хлопчатобумажная?
Задача 42. Зачем на зиму приствольные круги земли у плодовых деревьев покрывают слоями торфа, навоза или древесных опилок?
Задача 43. Прежде чем налить в стакан кипяток, в стакан опускаю чайную ложку. Для чего это делают?
Задача 44. Зачем в южных широтах нашей Родины местные жители во время сильной жары носят шапки-папахи и ватные халаты?
Задача 45. Какой дом теплее – деревянный или каменный, если толщина стен одинакова?
Задача 46. Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы?
Задача 47. Почему в безветрие пламя свечи устанавливается вертикально?
Задача 48. Объясните, почему радиаторы центрального отопления ставят обычно под окнами.
Задача 49. Как образуются бризы (местные ветры, дующие днем с моря на сушу, а ночью с суши на море)?
Задача 50. Зачем в верхних и нижних частях корпусов проекционных аппаратов, больших электрических фонарей, киноаппаратов делают отверстия?
Задача 51. В промышленных холодильниках воздух охлаждается с помощью труб, по которым течет охлажденная жидкость. Где надо располагать эти трубы – вверху или внизу помещения?
Задача 52. Сильная струя воздуха, которая идет от вентилятора, создает прохладу. Можно ли этой струей сохранить мороженное в твердом виде?
Задача 53. Почему в печах с высокими трубами тяга выше, чем в печах с низкими трубами?
Задача 54. Почему в металлических печных трубах тяга меньше, чем в кирпичных трубах?
Задача 55. Возможны ли конвекционные потоки в жидкостях или газах в искусственном спутнике Земли в состоянии невесомости?
Задача 56. Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый?
Задача 57. Зачем оболочку стратостата красят «серебряной» краской?
Задача 58. Какие почвы лучше нагреваются солнечными лучами: черноземные или подзолистые, имеющие более светлую окраску?
Задача 59. Зачем в железнодорожных вагонах-ледниках, служащих для перевозки фруктов, мяса, рыбы и других скоропортящихся продуктов, промежутки между двойными стенками заполняют войлоком или несколькими слоями каких-либо пористых веществ, а снаружи вагоны окрашивают в белый или светло-желтый цвет?
Задача 60. В каком платье летом менее жарко: в белом или в темном? Объясните почему.
Задача 61. Объясните назначение стеклянных рам в парниках.
Задача 62. Почему вода в открытых водоемах нагревается солнечными лучами медленнее, чем суша?
Задача 63. Почему горячая вода, оставленная в термосе, со временем охлаждается?
Задача 64. Можно ли термос временно использовать как холодильник?
§4. Расчет количества теплоты.
Задача 65. Кубики, изготовленные из меди, стали и алюминия, массой 1 кг охлаждают на 1 
. На сколько Джоулей и как изменится внутренняя энергия каждого кубика?
Задача 66. На что больше расходуется энергии: на нагревание чугунного горшка или воды, налитой в него, если их массы одинаковы?
Задача 67. Алюминиевую и серебряную ложки одинаковой массы и температуры опустили в кипяток. Равное ли количество теплоты получили они от воды?
Задача 68. По стальной и свинцовой заготовкам равных масс ударили молотком равное число раз. Какая из них больше нагрелась? Ответ обоснуйте.
Задача 69. Термос, вместимость которого 3 л, наполнили кипятком. Через сутки температура воды в нем понизилась до 77 . Определите, на сколько изменилась внутренняя энергия воды.
Задача 70. В алюминиевом чайнике нагрели воду и построили графики зависимости количества теплоты, полученной чайником и водой, от времени нагревания. Постройте эти графики зависимости для чайника и для воды в одних координатных осях. Объясните результат.
Задача 71. На одинаковых горелках нагревались вода, медь и железо равной массы. Постройте графики зависимости количества теплоты от времени нагревания для воды, для меди и для железа в одних координатных осях. Объясните результат..
Задача 72. Для изменения температуры нафталина, никеля и фарфора массой 1 кг на 1 соответственно требуется 130; 460; и 750 Дж энергии. Чему равна удельная теплоемкость этих веществ?
Задача 73. Для нагревания золота, бронзы, никеля, глицерина и молока массой 2 кг на 1 соответственно расходуется 260; 760; 920; 4800 и 7800 Дж энергии. Чему равна удельная теплоемкость этих веществ?
Задача 74. Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 1 
, передает ей 2,1 кДж энергии. Чему равна удельная теплоемкость камня?
Задача 75. Какое количество теплоты потребуется для нагревания на 1 воды объемом 0,5 л; олова массой 500 г; серебра объемом 2 см3; стали объемом 0,5 м3; латуни массой 0,2 т?
Задача 76. Стальная деталь массой 20 кг при обработке на токарном станке нагревается на 50 . Сколько энергии израсходовано двигателем на нагревание детали?
Задача 77. Стальное сверло массой 100 г при работе нагрелось от 15 до 115 . Сколько энергии израсходовано двигателем на нагревание сверла?
Задача 78. В каком отношении нужно взять объемы свинца и олова, чтобы их теплоемкости были одинаковы?
Задача 79. Перед горячей штамповкой латунную болванку массой 15 кг нагрели от 15 до 750 . Какое количество теплоты для этого потребовалось?
Задача 80. Какое количество теплоты отдаст стакан кипятка (250 см3), остывая до температуры 14 ?
Задача 81. Какое количество теплоты отдаст кирпичная печь массой 0,35 т, остывая с изменением температуры на 50 ?
Задача 82. Какое количество теплоты выделилось при охлаждении чугунной болванки массой 32 кг, если ее температура изменилась от 1115 до 15 ?
Задача 83. Какое количество теплоты потребуется, чтобы в алюминиевом котелке массой 200 г нагреть 1,5 л воды от 20 до кипения?
Задача 84. В алюминиевой кастрюле, масса которой 800 г, нагревается вода, объем которой 5л, от 10 до кипения. Какое количество теплоты пойдет на нагревание кастрюли и воды?
Задача 85. В железный душевой бак, масса которого 65 кг, налили холодной колодезной воды объемом 200 л. В результате нагревания солнечным излучением температура воды повысилась от 4 до 29 . Какое количество теплоты получили бак и вода?
Задача 86. Рассчитайте, какое количество теплоты отдаст кирпичная печь, сложенная из 300 кирпичей, при остывании от температуры 70 до 20 . Масса одного кирпича 5 кг.
Задача 87. Какое количество теплоты пойдет на нагревание воды от 15 до 25 в бассейне, длина которого 100 м, ширина 6 м и глубина 2 м?
Задача 88. Для изменения температуры металлической детали массой 100 г от 20 до 40 потребовалось 280 Дж энергии. Определите, из какого металла сделана деталь.
Задача 89. При охлаждении куска олова массой 100 г до температуры 32 выделилось 5 кДж энергии. Определите температуру олова до охлаждения.
Задача 90. До какой температуры остынет 5 л кипятка в кастрюле, отдав в окружающее пространство 1680 кДж энергии?
Задача 91. При охлаждении медного паяльника до 20 выделилось 30,4 кДж энергии. До какой температуры был нагрет паяльник, если его масса 200 г?
§5. Уравнение теплового баланса.
В задачах этой группы рассматривается теплообмен между телами системы. При этом предполагается, что внешним теплообменом можно пренебречь. Со стороны тел, не входящих в систему, над телами системы работа не совершается. Систему можно считать замкнутой, внутренняя энергия системы не изменяется.
Внутри системы в процессе теплообмена одни тела нагреваются, другие охлаждаются. Однако, суммарное количество теплоты, полученное системой равно нулю:
, (1)
где Q1; Q2 … Qn – количество теплоты, полученное или отданное телами системы в процессе внутреннего теплообмена.
Уравнение (1) называется уравнением теплового баланса и является основным расчетным уравнением для задач этой группы.
Пример решения задачи .
До какой температуры была нагрета стальная фреза массой 0,2 кг, если после погружения ее в алюминиевый калориметр массой 100 г, содержащий 178 г воды при 16 , установилась температура 22 ?
Дано: m1=0,2 кг, C1=500 
, m2=0,1 кг, C2=920 
, m3=0,178 кг, C3=4200 
, 
16 , 
22
Найти: 
Анализ:
Так как мы пренебрегаем внешним теплообменом, то можно записать уравнение теплового баланса в виде:
- количество теплоты, которое отдает стальная фреза, остывая от температуры 
до равновесной температуры 
.
- количество теплоты, которое получает алюминиевый калориметр, нагреваясь от температуры 
до равновесной температуры 
.
- количество теплоты, которое получает вода, нагреваясь от температуры 
до равновесной температуры 
.
Отсюда:
Вычисления:
Задачи для самостоятельного решения.
Задача 92. Для аквариума смешали 20 кг воды при 8 , 6 кг воды при 50 и 10 кг воды при 40 . Определить температуру смеси.
Задача 93. Смешали 39 л воды при 20 и 21 л воды при 60 . Определить температуру смеси.
Задача 94. Смешали 6 кг воды при 42 , 4 кг воды при 72 и 20 кг воды при 18 . Определить температуру смеси.
Задача 95. Сколько литров воды при 95 нужно добавить к 30 л воды при 25 , чтобы получить воду с температурой 67 ?
Задача 96. Смешали 0,4 м3 воды при 20 и 0,1 м3 воды при 70 . Какова температура смеси при тепловом равновесии?
Задача 97. В ванну налито 80 л воды при температуре 10 
. Сколько литров воды при 100 
нужно добавить в ванну, чтобы температура смеси была 25 ?
Задача 98. Чтобы охладить 2 л воды, взятой при 80 , до 60 , в нее добавляют холодную воду при 10 . Какое количество холодной воды требуется добавить?
Задача 99. Для приготовления ванны нужно смешать холодную воду при t1 = 11 с горячей при t2 = 66 . Какое количество той и другой воды необходимо взять для получения V = 110 л воды при t3 = 36 ?
Задача 100. В каком отношении нужно смешать две массы воды при температурах 50 и 0 , чтобы температура смеси была 20 ?
Задача 101. Необходимо смешать воду при 20 с водой при 100 для получения 300 л воды при 40 . Сколько литров той и другой воды нужно взять?
Задача 102. Паровой котел содержит 40 м3 воды при температуре 225 . Какое количество воды при 9 было добавлено, если установилась общая температура 200 ?
Задача 103. В паровой котел, содержащий 50 m воды при температуре 240 , с помощью насоса добавили 3 m воды при температуре 10 . Какая установится температура смеси?
Задача 104. Для ванны нужно приготовить 300 кг воды при 36 . В водогрейной колонке температура воды 70 , а в водопроводе температура воды 10 . Сколько той и другой воды нужно взять для приготовления ванны?
Задача 105. В стеклянный стакан массой 0,12 кг при температуре 15 налили 0,2 кг воды при 100 . Какая температура воды установилась в стакане?
Задача 106. В стеклянный стакан массой 100 г налито 200 г воды. Температура воды и стакана 75 . На сколько понизится температура воды при опускании в нее серебряной ложки массой 80 г при 15 ?
Задача 107. Стальную деталь машины массой 0,3 кг нагрели до высокой температуры, а затем погрузили для закалки в масло, взятое при 10 . Определить начальную температуру стальной детали, если масса масла 3 кг, а конечная температура установилась 30 (удельная теплоемкость масла равна 
).
Задача 108. Определить удельную теплоемкость свинца, зная, что 100 г свинца при 100 погрузили в алюминиевый калориметр массой 40 г, содержащий 240 г воды при 15 , и температура смеси установилась 16 . Проведите подобный опыт.
Задача 109. В латунный калориметр массой 80 г, содержащий 200 г воды при температуре 20 , был опущен кусочек алюминия массой 40 г при температуре 100 . Температура смеси стала равной 23 . Определить удельную теплоемкость алюминия.
Задача 110. До какой средней температуры нагрелась стальная фреза массой 0,2 кг, если после погружения ее в алюминиевый калориметр массой 100 г, содержащий 178 г воды при температуре 16 , установилась температура 22 ?
Задача 111. Для определения температуры топки котла в нее внесли стальной шарик массой 20 г. Затем перенесли шарик в алюминиевый калориметр массой 60 г, содержащий 200 г воды при температуре 18 . Температура смеси установилась 26 . Определить температуру топки.
Задача 112. Стальной резец массой 400 г нагрели до 800 и погрузили для закалки в 5 кг воды при 20 . До какой температуры охладился резец?
Задача 113. До какой температуры нагрелась во время работы стальная фреза массой 1 кг, если после опускания ее в калориметр температура 1 л воды повысилась от 11,3 до 30 ? Теплоемкость калориметра не учитывать.
Задача 114. В сосуд, содержащий 2,35 кг воды при 20 , опускают кусок олова, нагретого до 230 ; температура воды в сосуде повысилась на 15 . Вычислить массу олова. Испарением воды пренебречь.
Задача 115. Как велика масса стальной детали, нагретой предварительно до 500 , если при опускании ее в сосуд, содержащий 18,6 л воды при 13 , последняя нагрелась до 35 ? Испарением воды пренебречь.
Задача 116. Чугунный брусок массой 0,2 кг, предварительно нагретый, опускают в сосуд, содержащий 0,8 кг керосина при 15 . Окончательная температура керосина установилась 20 . Определить первоначальную температуру бруска.
Задача 117. Для определения удельной теплоемкости вещества проводят следующий опыт: пластинку массой 0,3 кг, предварительно нагретую до 85 , опускают в алюминиевый калориметр массой 0,03 кг, содержащий 0,25 кг воды при 22 . Общая конечная температура, установившаяся в калориметре, равна 28 . Определить удельную теплоемкость вещества пластинки.
Задача 118. В стеклянной колбе, масса которой 50 г, находилось 185 г воды при 20 . В колбу вылили некоторое количество ртути при 100 , и температура воды в колбе повысилась до 22 . Определить массу ртути.
Задача 119. Для определения температуры печи нагретый в ней стальной болт массой 0,3 кг бросили в медный сосуд массой 0,2 кг, содержащий 1,27 кг воды при 15 . Температура воды повысилась до 32 . Вычислить температуру печи.
Задача 120. В латунный калориметр массой 200 г влили 400 г воды при 17 и опустили тело из серебра массой 600 г при 85 . Вода нагрелась до 22 . Определить удельную теплоемкость серебра.
Задача 121. После опускания в воду, имеющую температуру 10 
, тела, нагретого до 100 
, через некоторое время установилась общая температура 40 . Какой станет температура воды, если, не вынимая первого тела, в нее опустить еще одно такое же тело, нагретое до 100 .
Задача 122. Для измерения температуры воды, имеющей массу 66 г, в нее погрузили термометр, который показал 32,4 . Какова действительная температура воды, если теплоемкость термометра 1,9 Дж/ и перед погружением в воду он показывал температуру помещения 17,8 ?
Задача 123. В стакане содержится 250 см3 воды. Опущенный в стакан термометр показал 78 . Какова действительная температура воды, если теплоемкость термометра 20 Дж/ , а до опускания в воду он показывал 20 ?
Задача 124. В калориметре смешиваются три химически не взаимодействующие жидкости массами 1 кг, 10 кг, 5 кг, имеющие соответственно температуры: 6 , - 40 , 60 . Удельные теплоемкости жидкостей равны соответственно 2 
, 4 
, 2 
. Определить температуру смеси.
Задача 125. В каком отношении должны быть взяты массы m1 и m2 двух жидкостей с удельными теплоемкостями c1 и c2, начальными температурами T1 и T2 (T1>T2), чтобы общая температура после их смещения получилась равной T0? Теплоемкость сосуда, в котором находятся жидкости, не учитывать.
§6. Удельная теплота сгорания топлива. КПД нагревателя.
Пример решения задачи : Какое количество керосина необходимо сжечь, чтобы 50 л воды нагреть от 20 до кипения? КПД нагревателя 35%.
Дано: V = 50 л = 0,05 м3, c1 = 4200 
, 
= 20 , 
= 100 , q = 46 Мдж/кг, 
= 1000 кг/м3, 
= 0,35.
Найти: m2
Анализ:
(1)
- количество теплоты, которое необходимо, чтобы нагреть воду от температуры 
до кипения.
- количество теплоты, которое выделяется при сгорании керосина.
Массу воды m1 находим по формуле 
.
Подставляем в формулу (1)
Отсюда находим массу керосина
Вычисления:
кг.
Задачи для самостоятельного решения
Задача 126. Вычислите, сколько энергии выделится при полном сгорании древесного угля массой 15 кг; керосина массой 200 г.
Задача 127. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании бензина массой 5 кг; каменного угля массой 10 кг?
Задача 128. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании пороха массой 25 г; торфа массой 0,5 т; каменного угля массой 1,5 т?
Задача 129. Сколько теплоты выделится при полном сгорании сухих березовых дров объемом 5 м3?
Задача 130. Сколько теплоты выделится при полном сгорании керосина объемом 0,25 м3; спирта объемом 0,00005 м3; бензина объемом 25 л; нефти объемом 250 л?
Задача 131. На сколько больше теплоты выделится при полном сгорании бензина массой 2 кг, чем сухих березовых дров той же массы?
Задача 132. Во сколько раз больше выделится теплоты при полном сгорании водорода массой 1 кг, чем при полном сгорании сухих березовых дров той же массы?
Задача 133. Смешали бензин массой 2 кг и спирт массой 3 кг. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании полученного топлива?
Задача 134. Смешали бензин объемом 1,5 л и спирт объемом 0,5 л. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании этого топлива?
Задача 135. В печи сгорели сухие сосновые дрова объемом 0,01 м3 и торф массой 5 кг. Сколько теплоты выделилось в печи?
Задача 136. К зиме заготовили сухие сосновые дрова объемом 2 м3 и каменный уголь массой 1,5 т. Сколько теплоты выделится в печи при полном сгорании в ней заготовленного топлива?
Задача 137. При полном сгорании тротила массой 10 кг выделяется 
Дж энергии. Чему равна удельная теплота сгорания тротила?
Задача 138. При сгорании пороха массой 3 кг выделилось 11400 кДж энергии. Вычислите удельную теплоту сгорания пороха.
Задача 139. Сколько надо сжечь каменного угля, чтобы выделилось 
Дж энергии? 
Дж энергии?
Задача 140. В топке котла парового двигателя сожгли торф массой 20 т. Какой массой каменного угля можно было бы заменить сгоревший торф (удельную теплоту сгорания торфа принять равной 
Дж/кг)?
Задача 141. Сколько каменного угля нужно сжечь, чтобы получить столько же энергии, сколько ее выделяется при сгорания бензина объемом 6 м3?
Задача 142. Сколько спирта надо сжечь, чтобы изменить температуру воды массой 2 кг от 14 до 50 , если вся теплота, выделенная спиртом, пойдет на нагревание воды?
Задача 143. Сколько воды, взятой при температуре 14 , можно нагреть до 50 , сжигая спирт массой 30 г и считая, что вся выделяемая при горении спирта энергия идет на нагревание воды?
Задача 144. На сколько изменится температура воды объемом 100 л, если считать, что вся теплота, выделяемая при сгорании древесного угля массой 0,5, пойдет на нагревание воды?
Задача 145. На сколько изменится температура воды, масса которой 22 кг, если ей передать всю энергию, выделившуюся при сгорании керосина массой 10 г?
Задача 146. В чем заключается процесс сгорания топлива? В чем разница между сгоранием (нефти, угля) и взрывом (пороха, гремучего газа)?
Задача 147. Определить КПД примуса, зная, что при сжигании 300 г керосина можно вскипятить 15 л воды, взятой при 10 
.
Задача 148. На спиртовке нагрели 224 г воды от 15 до 75 
и сожгли при этом 5 г спирта. Определить КПД спиртовки. Проведите подобный опыт.
Задача 149. Каков КПД кузнечного горна, если для нагревания 2 кг стали на 1000 
расходуется 0,6 кг кокса?
Задача 150. На нагревание 2 л воды от 5 до 100 
затрачено 0,1 м3 природного газа. Определить КПД горелки.
Задача 151. Чтобы нагреть 1,8 кг воды от 18 до кипения на горелке с КПД 25% потребовалось 92 г горючего. Какова удельная теплота сгорания горючего?
Задача 152. Определить КПД нагревателя, в котором израсходовано 80 г керосина для нагревания 3 л воды на 90 .
Задача 153. Какое количество воды можно нагреть от 15 до кипения на горелке с КПД 40%, если сжечь 100 л природного газа?
Задача 154. Сколько времени потребуется, чтобы нагреть 1,55 л воды от 20 до 100 , если горелка потребляет 0,3 кг спирта в час, а КПД ее 24%?
Задача 155. На спиртовке нагревали воду массой 100 г от 16 до 71 . При этом был сожжен спирт массой 10 г. Найти КПД установки.
Задача 156. Для нагревания воды объемом 2 л, находящейся в алюминиевой кастрюле массой 400 г, от 15 до 75 был израсходован газ массой 30 г. Определить КПД газовой плиты, считая теплоту, израсходованную на нагревание сосуда, полезной. Как изменится результат, если полезной считать только теплоту, израсходованную на нагревание воды?
Задача 157. Каково отношение масс спирта и бензина, если удельная теплота сгорания этих горючих веществ оказалась равной 
Дж/кг? Удельная теплота сгорания спирта 
Дж/кг и бензина 
Дж/кг.
Глава 2.
Дата: 2019-12-10, просмотров: 516.
