Global EE

Измерения с… — Задание 10 Физика 8 Класс №00050319

Задание №10. Обработка Результатов Эксперимента

Измерения с Учётом Погрешности

№2. Задание 10

ID: 00050319

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 $t_{\text{х}}=23\ {}^\circ\text{С}$. В горячую воду, которая имела температуру $t_{\text{г}}=50{,}5\ {}^\circ\text{С}$, Лёша поместил цилиндрик. После того, как цилиндрик нагрелся, Лёша перенёс его в калориметр и затем измерил установившуюся температуру в калориметре — она оказалась равной $t_{\text{у}}=25{,}5\ {}^\circ\text{С}$. 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 2024

Решение

Как узнать металл, не царапая его? Лёша ставит тепловой опыт: нагретый цилиндрик отдаёт теплоту воде, а удельная теплоёмкость выдаёт материал.

Дано: вода $0{,}1$ кг, с $23\ {}^\circ\text{С}$ до $25{,}5\ {}^\circ\text{С}$; цилиндрик $0{,}168$ кг, с $50{,}5\ {}^\circ\text{С}$ до $25{,}5\ {}^\circ\text{С}$.

Вопрос 1. Вода нагрелась на $2{,}5$ градуса:

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

Вопрос 2. По уравнению теплового баланса эту теплоту отдал цилиндрик, остыв на $50{,}5-25{,}5=25$ градусов. Отсюда:

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

Такая теплоёмкость у олова. Плотности в условии для счёта не нужны: массу дали весы.

Вопрос 3. Калориметр стоял вместе с водой и нагрелся на те же $2{,}5$ градуса. Масса $30\text{ г}=0{,}03$ кг:

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

Значит, цилиндрик отдал $1050+15{,}75=1065{,}75$ Дж, и теплоёмкость чуть больше:

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

От олова это на $4$, от железа на $206$. Лёша может утверждать, что не ошибся.

Проверим себя: чтобы получилось железо, цилиндрик должен был бы отдать $460\cdot4{,}2=1932$ Дж. На калориметр таких джоулей не набрать: он забрал меньше $16$ Дж.

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)