Плавление льда
6/10Внимание! Вам будет выдан только один кусок льда! Поэтому прежде чем попросить его у организаторов, разберитесь с работой электронных весов, тщательно разработайте план и методику ваших измерений.
Электронные весы автоматически отключаются через \(30 - 40~ с\). С помощью кнопки «On/Off» Вы можете их включать и выключать в нужное вам время. При включении весы автоматически выставляются на нуль, затем они показывают изменение массы лежащего на них груза.
Удельная теплота плавления льда \(\lambda = 330 ~{кДж}/{кг}\).
Часть A. «Усилитель массы»
Используя правило рычага, можно значительно повысить чувствительность весов.
A1. Предложите метод такого увеличения чувствительности.
Изобразите схему такого усилителя, измерьте его «коэффициент усиления».
Часть B. Плавление льда
Лед, подвешенный на нити, тает! Так как он тает медленно, вы можете ускорить процесс, опуская лед на некоторое время в воду.
Вам необходимо исследовать процесс теплопередачи между воздухом и льдом.
B1. На основании проведенных вами измерений, постройте график зависимости мощности теплоты, поступающей из воздуха ко льду от массы кусочка льда. Оцените погрешность полученных величин.
Не забудьте привести результаты ваших измерений, а также формулы, по которым Вы проводили расчеты.
B2. Предложите простую теоретическую модель, описывающую полученную экспериментальную зависимость. Проверьте применимость этой модели, к описанию ваших результатов.
Оборудование
Кусок льда на нитке
Стакан с водой
Секундомер
Весы электронные
Две деревянные палочки
Пластилин
Нитка
Гайка
▶Показать разборСкрыть разбор
ОтветA1: Рычаг можно соорудить из двух палочек и нитки. С помощью такого рычага удается увеличить чувствительность до 10 раз.
РешениеA1. Ответ:
Рычаг можно соорудить из двух палочек и нитки. С помощью такого рычага удается увеличить чувствительность до 10 раз.
B1. Для определения мощности теплоты, поступающей в лед необходимо знать:
массу кусочка льда \(m_0\);
массу образующейся капли \(m\);
время образования капли \(\tau\).
Тогда мощность поступающей теплоты может быть рассчитана по формуле:
\(P = \lambda {m}/{\tau}\).
Все измерения необходимо проводить несколько раз и находить средние значения.
Наиболее приемлемой процедурой является:
взвесить кусочек льда;
после отрыва первой капли пустить секундомер;
засекать времена отрыва каждой следующей капли и измерять массу льда,
по усредненной зависимости массы капли от времени рассчитать значение \({m}/{\tau} = {\Delta m}/{\Delta t}\);
рассчитать мощность теплопередачи.
Результаты измерений и соответствующий график показаны в таблице и на рисунке.
\(m,~г\) \(t,~с\) \(m,~г\) \(t,~с\) \(m,~г\) \(t,~с\) \(m,~г\) \(t,~с\) \(m,~г\) \(t,~с\) \(m,~г\) \(t,~с\) 10.64 0 9.72 0 7.52 0 6.48 0 5.29 0 4.44 0 10.51 61 9.63 53 7.4 70 6.37 70 5.2 79 4.33 75 10.42 123 9.54 113 7.28 144 6.27 143 5.11 154 4.22 157 10.34 180 9.45 172 7.18 220 6.14 212 5.0 228 4.1 247 10.25 238 9.35 231 7.1 288 6.06 283 4.9 307 3.99 324 10.18 292 9.28 288 6.99 362 5.96 353 4.78 381 3.9 411 
По графикам найдены параметры: коэффициент наклона – скорость плавления, сдвиг – начальная масса. По ним рассчитаны мощности теплопередачи, приведены в таблице
\(Масса, ~г\) \(Мощность, ~Вт\) 9.88 0.51 8.99 0.50 6.78 0.48 4.58 0.44 3.68 0.44 Полученный график:
Ответ:
B2. Ответ:
Теоретическая модель: мощность теплопередачи пропорциональна площади поверхности, т.е. \(m^{2/3}\).
Источник: pho.rs/p/3913.
Похожие задачи
- Лёд и легкоплавкое вещество МОШ 1987/88, 8 кл.
- Термопара со льдом ВсОШ 1991/92, 11 кл.
- Рост льда на озере МОШ 1993/94, 10 кл.
- Нагреватель «Туймаада» 1997/98, 11 кл.
- Сосулька в переохлаждённой воде МОШ 1998/99, 10 кл.
- Удельная теплота плавления переохлаждённой воды ВсОШ 1999/00, 9 кл.