Задачи › Количество теплоты, уравнение теплового баланса

Пластмассовый шарик в нагревателе

  1. Пластмассовый шарик в нагревателе

    «Газпром» 2024/25, 10 кл.
    4/10

    Экспериментатор налил в электрический нагреватель воду и положил туда пластмассовый шарик. Он заметил, что температура содержимого нагревателя увеличилась за время \(\tau_1 = 1{,}9\) мин на \(\Delta t = 10\,^\circ\text{C}\). Когда экспериментатор положил в нагреватель с тем же количеством воды 3 таких же шарика, температура содержимого нагревателя увеличилась за время \(\tau_2 = 2{,}1\) мин так же на \(\Delta t = 10\,^\circ\text{C}\). Чему равна удельная теплоемкость материала шарика, если отношение масс воды и одного шарика равно \(n = 9\)? Во всех процессах кипения воды не происходит. Мощность нагревателя в процессе экспериментов не изменялась. Теплообменом с окружающей средой пренебречь. Удельная теплоемкость воды \(c = 4{,}2\) кДж/(кг\(\cdot\)К).

    Ниже вариант 1. В вариантах 2–4 другие времена, температуры и данные; ответы для них — в официальном решении.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Запишите уравнение теплового баланса для нагрева воды и шариков при одной и той же мощности нагревателя для двух экспериментов.

    Ответ

    \(c_ш = 2{,}1\) кДж/(кг\(\cdot\)К).

    Решение

    Мощность нагревателя \(P\) постоянна. Обозначим теплоемкость воды \(C_в\), а одного шарика \(C_ш\). Тогда \[P\tau_1 = (C_в + C_ш)\,\Delta t, \qquad P\tau_2 = (C_в + 3C_ш)\,\Delta t.\] Отсюда \(C_ш = C_в\dfrac{\tau_2 - \tau_1}{3\tau_1 - \tau_2}\). Учитывая \(C_в = c\,n\,m_ш\) и \(C_ш = c_ш m_ш\), \[c_ш = c\,n\,\frac{\tau_2 - \tau_1}{3\tau_1 - \tau_2} = 4{,}2\cdot 9\cdot\frac{0{,}2}{3{,}6} = 2{,}1~\text{кДж/(кг$\cdot$К)}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи