Global EE

Измерения с… — Задание 10 Физика 8 Класс №00049156

Задание №10. Обработка Результатов Эксперимента

Измерения с Учётом Погрешности

№2. Задание 10

ID: 00049156

Лёша нашёл в кабинете физики отполированный цилиндрик и заинтересовался, из какого материала он сделан — из олова или из железа. Лёша прочитал в справочнике, что плотности железа и олова отличаются не более чем на $10\%$, а вот их удельные теплоёмкости различаются почти в два раза: $250\text{ Дж/(кг}\cdot{}^\circ\text{С)}$ для олова и $460\text{ Дж/(кг}\cdot{}^\circ\text{С)}$ для железа. Для определения материала цилиндра было решено провести термодинамический опыт. Лёша налил в пластиковый калориметр $m_{\text{в}}=100\text{ г}$ холодной воды при комнатной температуре $t_{\text{х}}=20\ {}^\circ\text{С}$. В горячую воду, которая имела температуру $t_{\text{г}}=47{,}5\ {}^\circ\text{С}$, Лёша поместил цилиндрик. После того, как цилиндрик нагрелся, Лёша перенёс его в калориметр и затем измерил установившуюся температуру в калориметре — она оказалась равной $t_{\text{у}}=22{,}5\ {}^\circ\text{С}$. После этого Лёша взвесил цилиндрик, его масса оказалась равной $m_{\text{ц}}=168\text{ г}$. Теплоёмкостью калориметра Лёша решил пренебречь. Удельная теплоёмкость воды $c_{\text{в}}=4200\text{ Дж/(кг}\cdot{}^\circ\text{С)}$ ему была известна.

1) Какое количество теплоты получила вода от цилиндрика?

2) Рассчитайте удельную теплоёмкость материала цилиндрика и определите, из какого металла он изготовлен.

3) Когда Лёша почти закончил обработку результатов своего эксперимента, учитель сказал ему, чтобы он не забыл учесть теплоёмкость калориметра. Масса калориметра составляла $m_{\text{к}}=30\text{ г}$, а удельная теплоёмкость пластмассы по данным справочника была равна $c_{\text{к}}=210\text{ Дж/(кг}\cdot{}^\circ\text{С)}$. Может ли Лёша, с учётом этих сведений, утверждать, что он не ошибся в определении материала, из которого сделан цилиндрик?

Источник: ВПР 2021

Решение

Смотри, что делает Лёша. Цилиндрик нагрет в горячей воде, потом отдаёт теплоту холодной воде в калориметре. Температуры подсказывают, сколько теплоты перешло, а масса и сдвиг цилиндрика дают его удельную теплоёмкость.

Вопрос 1. Холодная вода согрелась с $20\ {}^\circ\text{С}$ до $22{,}5\ {}^\circ\text{С}$, то есть на $2{,}5$ градуса:

$$Q_{\text{в}}=4200\cdot0{,}1\cdot2{,}5=1050\text{ Дж}$$

Вопрос 2. Масса цилиндрика $168\text{ г}=0{,}168$ кг, он остыл с $47{,}5\ {}^\circ\text{С}$ до $22{,}5\ {}^\circ\text{С}$, то есть на $25$ градусов. Его отданная теплота равна теплоте воды: это уравнение теплового баланса. Поэтому:

$$c=\dfrac{1050}{0{,}168\cdot25}=\dfrac{1050}{4{,}2}=250\ \dfrac{\text{Дж}}{\text{кг}\cdot{}^\circ\text{С}}$$

Кандидата в справочнике два: олово с $250$ и железо с $460$. Подходит олово.

Вопрос 3. Теперь получателей теплоты стало больше: вместе с водой грелся и калориметр. Значит, цилиндрик отдал чуть больше, чем мы посчитали, и его $c$ чуть вырастет. Теплота калориметра:

$$Q_{\text{к}}=210\cdot0{,}03\cdot2{,}5=15{,}75\text{ Дж}$$

Всего цилиндрик отдал $1050+15{,}75=1065{,}75$ Дж:

$$c'=\dfrac{1065{,}75}{4{,}2}\approx254\ \dfrac{\text{Дж}}{\text{кг}\cdot{}^\circ\text{С}}$$

Это всё ещё почти точно олово и совсем далеко от железа. Лёша может утверждать, что не ошибся.

Проверим себя: поправка составила $15{,}75:1050=1{,}5\%$, а $250\cdot1{,}015\approx254$. Сходится.

Ответ

1) 1050 Дж; 2) 250 Дж/(кг·°С), олово; 3) может: с калориметром примерно 254 Дж/(кг·°С), это всё равно олово
Другие задания по теме «Измерения с Учётом Погрешности» (8)