Global EE

Измерения с… — Задание 10 Физика 8 Класс №00049170

Задание №10. Обработка Результатов Эксперимента

Измерения с Учётом Погрешности

№2. Задание 10

ID: 00049170

Паша нашёл в кабинете физики отполированный цилиндрик и заинтересовался, из какого материала он сделан — из олова или из железа. Паша 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. Паша налил в пластиковый калориметр $m_{\text{в}}=100\text{ г}$ холодной воды при комнатной температуре $t_{\text{х}}=25\ {}^\circ\text{С}$. В горячую воду, которая имела температуру $t_{\text{г}}=52{,}5\ {}^\circ\text{С}$, Паша поместил цилиндрик. После того, как цилиндрик нагрелся, Паша перенёс его в калориметр и затем измерил установившуюся температуру в калориметре — она оказалась равной $t_{\text{у}}=27{,}5\ {}^\circ\text{С}$. После этого Паша взвесил цилиндрик, его масса оказалась равной $m_{\text{ц}}=168\text{ г}$. Теплоёмкостью калориметра Паша 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 Паша почти закончил обработку результатов своего эксперимента, учитель сказал ему, чтобы он не забыл учесть теплоёмкость калориметра. Масса калориметра составляла $m_{\text{к}}=20\text{ г}$, а удельная теплоёмкость пластмассы по данным справочника была равна $c_{\text{к}}=210\text{ Дж/(кг}\cdot{}^\circ\text{С)}$. Может ли Паша, с учётом этих сведений, утверждать, что он не ошибся в определении материала, из которого сделан цилиндрик?

Источник: ВПР 2020

Решение

Паша ставит опыт: горячий цилиндрик опускают в холодную воду и смотрят, насколько вода согреется. Отсюда находим, сколько теплоты нёс цилиндрик, и узнаём его материал.

Вопрос 1. Вода массой $0{,}1$ кг нагрелась от $25\ {}^\circ\text{С}$ до $27{,}5\ {}^\circ\text{С}$, то есть на $2{,}5$ градуса. Калориметром Паша пока пренебрегает, считаем только воду:

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

Вопрос 2. Всю эту теплоту отдал цилиндрик: так говорит уравнение теплового баланса. Перед опытом он лежал в горячей воде и стал таким же горячим, $52{,}5\ {}^\circ\text{С}$. Остыл до $27{,}5\ {}^\circ\text{С}$, на $25$ градусов. Масса $168\text{ г}=0{,}168$ кг. Плотности в условии упомянуты, но они здесь ни при чём: массу мы знаем прямо с весов. Находим теплоёмкость:

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

Такое значение в условии названо для олова.

Вопрос 3. Учитель прав: калориметр тоже грелся, причём на те же $2{,}5$ градуса. Его масса $20\text{ г}=0{,}02$ кг:

$$Q_{\text{к}}=210\cdot0{,}02\cdot2{,}5=10{,}5\text{ Дж}$$

Цилиндрик отдал вместе $1050+10{,}5=1060{,}5$ Дж. Считаем заново:

$$c'=\dfrac{1060{,}5}{4{,}2}=252{,}5\ \dfrac{\text{Дж}}{\text{кг}\cdot{}^\circ\text{С}}$$

Значение почти не сдвинулось и по-прежнему намного ближе к олову, чем к железу, поэтому Паша может утверждать, что не ошибся.

Проверим себя: чтобы материал оказался железом, нужно было бы $460$, а это почти вдвое больше результата. Такой поправки калориметр дать не может: теплота на него всего сотая часть теплоты воды.

Ответ

1) 1050 Дж; 2) 250 Дж/(кг·°С), олово; 3) может: с калориметром 252,5 Дж/(кг·°С), это всё равно олово
Другие задания по теме «Измерения с Учётом Погрешности» (8)