Lód o masie 2 kg podgrzewano...- Zadanie Zadanie 18.: Zrozumieć fizykę. Zbiór zadań 2. Zakres rozszerzony. Po gimnazjum

Rozwiązanie

$18.1 .$

$Odpowied \overset{z}{ˊ} : D .$

$18.2 .$

W zadaniu podane mamy, że:

$m = 2 k g$

$c_{l} = 2100 \frac{J}{k g \cdot K}$

$c_{w} = 4200 \frac{J}{k g \cdot K}$

$L_{t} = 332 \frac{k J}{k g} = 332000 \frac{J}{k g} = 3, 32 \cdot 10^{5} \frac{J}{k g}$

$L_{p} = 2260 \frac{k J}{k g} = 2260000 \frac{J}{k g} = 2, 26 \cdot 10^{6} \frac{J}{k g}$

Z wykresu możemy odczytać, że:

$t_{L} = t_{M} = 0^{\circ} C \Rightarrow T_{L} = T_{M} = 273 K$

$t_{N} = t_{O} = 100^{\circ} C \Rightarrow T_{p} = T_{O} = 373 K$

$Q_{L} = 42 k J = 42000 J = 4, 2 \cdot 10^{4} J$

Ilość ciepła potrzebna do określonego przyrostu temperatury ciała wyraża się wzorem:

$Q = m c Δ T$

gdzie Q jest ciepłem oddanym lub pobranym przez ciało o masie m przy zmianie temperatury o ?T, c jest ciepłem właściwym substancji. Ilość ciepła topnienia potrzebnego do przejścia substancji ze stałego stanu skupienia stałego do stanu ciekłego przedstawiamy wzorem:

$Q_{t} = L_{t} m$

gdzie L_t jest ciepłem topnienia, m jest masą substancji. Ilość ciepła parowania potrzebnego do przejścia substancji ze stanu skupienia ciekłego do stanu skupienia gazowego przedstawiamy wzorem:

$Q_{p} = L_{p} m$

gdzie L_p jest ciepłem parowania, m jest masą ciała.

Punkt K

Zauważmy, że lód w punkcie K nie ma wydzielonego ciepła, natomiast w punkcie L ma ciepło QL. Możemy zatem zapisać, że:

$Q_{L} = m c_{l} Δ T_{K \to L}$

$Q_{L} = m c_{l} (T_{L} - T_{K})$

$Q_{L} = m c_{l} T_{L} - m c_{l} T_{K} ∣ + m c_{l} T_{K} - Q_{L}$

$m c_{l} T_{K} = m c_{l} T_{L} - Q_{L} ∣ : m c_{l}$

$T_{K} = T_{L} - \frac{Q _{L}}{m c _{l}}$

Podstawiamy dane liczbowe do wzoru:

$T_{K} = 273 K - \frac{42 000 J}{2 k g \cdot 2100 \frac{J}{k g \cdot K}} = 273 K - \frac{42 000 J}{4200 \frac{J}{K}} = 273 K - 10 K = 263 K$

Z tego wynika, że:

$t_{K} = - 10^{\circ} C$

Wówczas punkt K ma współrzędne:

$K (0 k J, - 10^{\circ} C)$

Punkt L

Punkt L ma współrzędne:

$L (42 k J, 0^{\circ} C)$

Punkt M

Ciepło jakie pobierze lód przy zmianie stanu skupienia na ciekły będzie miało postać:

$Q_{l \overset{o}{ˊ} d \to woda} = L_{t} m$

Podstawiamy dane liczbowe do wzoru:

$Q_{l \overset{o}{ˊ} d \to woda} = 332 \frac{k J}{k g} \cdot 2 k g = 664 k J$

Wówczas ciepło w punkcie M będzie wynosiło:

$Q_{M} = Q_{L} + Q_{l \overset{o}{ˊ} d \to woda}$

$Q_{M} = 42 k J + 664 k J = 706 k J$

Wówczas punkt M ma współrzędne:

$M (706 k J, 0^{\circ} C)$

Punkt N

Ciepło jakie pobierze z otoczenia woda, aby ogrzać się 100^oC obliczymy korzystając w wzoru:

$Q_{M \to N} = m c_{w} Δ T_{M \to N}$

$Q_{M \to N} = m c_{w} (T_{N} - T_{M})$

Podstawiamy dane liczbowe do wzoru:

$Q_{M \to N} = 2 k g \cdot 4200 \frac{J}{k g \cdot K} \cdot (373 K - 273 K) = 2 k g \cdot 4200 \frac{J}{k g \cdot K} \cdot 100 K = 840000 J = 840 k J$

Wówczas otrzymujemy, że ciepło w punkcie N wynosi:

$Q_{N} = Q_{M} + Q_{M \to N}$

$Q_{N} = 706 k J + 840 k J = 1546 k J$

Wówczas punkt N ma współrzędne:

$N (1546 k J, 100^{\circ} C)$

Punkt O

Ciepło jakie pobierze woda przy zmianie stanu skupienia na gazowy będzie miało postać:

$Q_{woda \to para} = L_{p} m$

$Q_{woda \to para} = 2260 \frac{k J}{k g} \cdot 2 k g = 4520 k J$

Wówczas ciepło w punkcie O będzie wynosiło:

$Q_{O} = Q_{N} + Q_{woda \to para}$

$Q_{O} = 1546 k J + 4520 k J = 6066 k J$

Wówczas punkt O ma współrzędne:

$O (6066 k J, 100^{\circ} C)$

$18.3 .$

Ciało ma budowę krystaliczną.

$18.4 .$

Proces	Nazwa procesu
K → L	3
L → M	1
M → N	4 lub 5
N → O	2

$18.5 .$

Wypowiedź ucznia jest B. niepoprawna ponieważ kąt nachylenia wykresu t(Q) 3. zależy od ciepła właściwego substancji.

Ewelina Wysopal

Nauczycielka fizyki

Tutaj pojawi się lista Twoich książek

Zaloguj się i zacznij tworzyć ją już teraz.