Урок 176. Задачи на уравнение теплового баланса

• Обсуждение возможности переноса урока на следующий день.  

• Тема урока: задачи на уравнение теплового баланса.  

• Уравнение теплового баланса как частный случай первого закона термодинамики.  

• Домашнее задание по задачнику Кирика для 10 класса.  

• Задачи: 6 высокого уровня, 5 достаточного, 7 и 8 достаточного, 3 высокого уровня.  

• План: решение задач, контрольная работа, лекционный урок.  

• Условия задачи: тело, нагретое до 100°C, опущено в воду с температурой 10°C.  

• Через некоторое время установилась температура 40°C.  

• Вопрос: какая будет температура воды, если опустить еще одно тело?  

• Обозначения: t воды = 10°C, t тела = 100°C, t 1 = 40°C.  

• Идея упрощения задачи: температура воды не зависит от порядка опускания тел.  

• Уравнение теплового баланса: Q тело + Q воды = 0.  

• Рассмотрение двух случаев: одно тело и два тела.  

• Уравнение для одного тела: Q тело = C тело * Δt тело.  

• Уравнение для двух тел: Q тело = 2C тело * Δt тела.  

• Объединение уравнений для упрощения.  

• Упрощение до одного уравнения с одним неизвестным.  

• Решение уравнения для нахождения t 2.  

• Вычисление t 2 = 55°C.  

• Домашнее задание: задача с горячими шариками в холодной воде.  

• Переход к следующей задаче: номер 5 высокого уровня.  

• Электрический кипятильник мощностью 350 Вт не может нагреть 600 г воды до кипения.  

• После выключения кипятильника температура воды понизится на 15 секунд.  

• Мощность теплопотерь равна мощности кипятильника при достигнутой температуре.  

• Мощность теплопотерь равна количеству теплоты, отдаваемому водой за 15 секунд.  

• Количество теплоты, отданное водой, равно удельной теплоемкости воды, умноженной на массу воды и изменение температуры.  

• Дельта t = -350 Вт * 15 с / 4200 Дж/кг * 0.6 кг = -2.1°C.  

• В смесь из 5 кг воды и 3 кг льда впустили 0.2 кг водяного пара при 100°C.  

• Возможные исходы: лед частично растает, весь лед растает, вода начнет кипеть.  

• Для растапливания всего льда требуется 990 кДж, а при конденсации пара выделяется 544 кДж.  

• При конденсации пара выделяется недостаточно теплоты для растапливания всего льда.  

• Температура установится на уровне 0°C.  

• Можно рассчитать, что 1.6 кг льда растает, и общее количество воды составит 6.8 кг.