В закрытый сосуд поместили 20 г воды
#хакнем_физика ???? рубрика, содержащая интересный, познавательный контент по физике как для школьников, так и для взрослых ????
Если решая математические задачи, следует руководствоваться только условиями, в том числе и неявно заданными (например: находя градусную меру одного из смежных углов в случаях, когда известна градусная мера другого, непременной частью условия является значение суммы градусных мер смежных углов, равной 180 град.), то при решении физических задач следует учитывать ВСЕ физические явления и процессы, влияющие на результат рассматриваемой в задаче ситуации.
Вот для примера известная и часто встречающаяся во многих учебниках и сборниках задач, в том числе и олимпиадных (и не только для семиклассников) по физике.
ЗАДАЧА
В стакане с водой плавает кусок льда. Изменится ли уровень воды, когда лёд растает?
Прежде чем продолжить чтение, предлагаю читателю дать (хотя бы для себя) обоснованный ответ на вопрос задачи…
В «Сборнике вопросов и задач по физике» [Н.И. Гольдфарб, изд. 2, «Высшая школа», М.: 1969] эта задача, помещённая как часть № 10.7 на стр. 48, на стр.193 приводится ответ:
«Лёд вытесняет воду, вес которой равен весу льда. Когда лёд растает, образуется такое же количество воды, поэтому уровень не изменится».
Такой же ответ приводится и во многих других сборниках…
А вот в популярнейшем и по сей день, выдержавшим множество изданий трёхтомнике «Элементарный учебник физики» под редакцией академика Г.С. Ландсберга [т. I, изд. 7, стереотипное, «Наука», М.: 1971] ответа на эту задачу (№ 162.2, стр. 351) не приводится. И это не случайно!
Что же не учтено в вышеприведённом ответе? Правильно! Не учтено, что при таянии льда вода в стакане охлаждается — именно поэтому мы и бросаем туда кусочек льда!
Вот как должен выглядеть правильный ответ:
«При таянии льда вода в стакане охлаждается. При охлаждении все вещества уменьшаются в объёме. Однако вода, единственная из всех известных веществ, имеет наибольшую плотность при температуре +4 град. С, а это значит, что при дальнейшем охлаждении данная масса воды увеличивается в объёме, что, как мне это было известно из курса природоведения в 5 классе (1961/1962 учебный год), является условием сохранения жизни на Земле, поскольку позволяет достаточно глубоким водоёмам не промерзать до самого дна!).
При этом возможно три варианта развития ситуации:
I. Если температура воды до начала таяния льда была выше 4 град. С и, хотя и понизилась после таяния льда, но осталась выше этой температуры, то уровень воды в стакане уменьшится.
II. Если температура воды до начала таяния льда была ниже 4 град. С, а после таяния льда ещё и уменьшилась, то уровень воды в стакане увеличится.
III. В случае, когда начальная температура воды была выше 4 град. С, а после того как лёд растаял, оказалась ниже этой температуры, то об уровне ничего определённого сказать нельзя — нужны конкретные данные о температуре и массе воды и льда, чтобы дать точный ответ на вопрос задачи!».
С этой задачей связана для меня одна интересная история.
Лет 15 назад во дворе дома, в котором я живу, ко мне с грустным выражением лица подошёл паренёк по имени Серёжа и попросил помочь подготовиться к предстоящей ему завтра апелляции по физике в нашем Политехническом институте (ныне Технический университет).
Поскольку времени было слишком мало, то я ограничился советом: если, по его мнению, апелляция пройдёт не очень удачно, и надежды исправить тройку на вступительном экзамене не будет, то попросить экзаменатора ответить на вопрос этой задачи и заставил его дословно вызубрить приведённый выше ответ и даже отработал с ним интонацию изложения этого ответа. На следующий вечер он подошёл ко мне с достаточно счастливым видом.
Вот его рассказ, каким я его запомнил:
«Всё получилось так, как Вы и хотели. Апелляцию проводили два человека: профессор и ассистент кафедры общей физики института. Мне выпало общаться с ассистентом, а профессор в это время общался с другим абитуриентом.
В ответ на мою просьбу ответить на мой вопрос ассистент слегка улыбнувшись сказал: «Пожалуйста…».
«После того, как я проговорил условие задачи, ассистент, широко улыбнувшись, произнёс: «Ну, это известная задача. Уровень воды не изменится — это следует из закона Архимеда: плавающий лёд вытесняет массу воды, равную массе льда. Образовавшаяся при таянии льда вода заполнит тот объём, который занимал в воде плавающий лёд…».
«Позвольте с Вами не согласиться», — начал я и затем совершенно спокойно слово в слово пересказал заготовленный нами ответ…
В это время профессор жестом остановил своего абитуриента и стал внимательно меня слушать…
Когда я закончил, возникла небольшая пауза…Профессор, обращаясь к ассистенту спросил: «Что скажешь?».
«Кажется, всё верно», — неуверенно ответил тот, на что профессор сказал, что никогда ещё не слышал столь аргументированного ответа, после чего, уже обращаясь ко мне, добавил: «Молодой человек, мы, к сожалению, не можем поднять Вам оценку сразу на два балла, но четвёрку Вы очевидно заслужили!»».
Мне остаётся лишь добавить, что Серёжа был зачислен студентом!…
Наши читатели могут поделиться своим мнением по поводу решения задачи. Если вам было интересно, не забудьте подписаться на наш канал и хэштег #хакнем_физика
Автор: #себихов_александр 71 год, много лет проработал конструктором-технологом микроэлектронных приборов и узлов в одном из НИИ г. Саратова, затем преподавателем математики и физики.
Другие статьи автора:
Вы читаете контент канала “Хакнем Школа”. Подпишитесь на наш канал, чтобы не терять его из виду.
Источник
ВНИМАНИЕ: все задания составлены автором самостоятельно и не являются копией заданий ЦТ и РТ. Если вам необходимы оригинальные задания, то вам надо записываться на этапы РТ (на сайте РИКЗ) и покупать сборники реальных заданий ЦТ и РТ в книжных магазинах.
Предлагаем вам задания-аналоги части В с подробными видео-объяснениями из ЦТ, РТ и ДРТ всех лет по теме: Разница масс, объёмов (дельта m, пластинки и т.д.).
В начале страницы вы можете выполнить тест онлайн (после ввода ответа нажимайте кнопку «Проверить решение»: если ответ неверный, то у вас появится ссылка красного цвета, а если верный — то зелёного цвета. С помощью ссылки вы можете просмотреть подробное видео-объяснение этого задания, но помните, что ссылка неактивная, поэтому для просмотра видео-объяснения вам необходимо скопировать эту ссылку и вставить на новую страницу и нажать клавишу Enter, как результат у вас откроется видео на YouTube). В середине страницы вы увидите текстовые условия заданий, для которых видео-объяснения даны сразу после каждого задания, а текстовые ответы представлены в конце страницы.
1. ДРТ 2017/2018. В11. Нитрат цинка, содержащий примеси, подвергли разложению, при этом он потерял 40,5% массы. Определите массовую долю (%) оксида цинка в полученной смеси его с примесями.
2. ДРТ 2018/2019. В12. На чашках весов уравновешаны стакан с раствором бромоводородной кислоты и стакан с раствором соляной кислоты, причём химические количества кислот равны. В первый стакан с HBr добавили карбонат кальция массой 6,5 г, который полностью прореагировал с кислотой. Рассчитайте массу (г) сульфита кальция, которую необходимо добавить во второй стакан с соляной кислотой, чтобы чаши весов опять уравновесились. Растворимостью газов в воде пренебречь.
3. РТ по химии 2015/2016 (1 этап). В10.Цинковую пластинку массой 20 г погрузили в раствор нитрата серебра (I). После окончания реакции масса пластинки увеличилась на 43,2 г. Укажите массовую долю (%) цинка в пластинке после реакции.
4. РТ по химии 2016/2017 (3 этап). В10. Уравновешаны два сосуда с растворами гидроксида натрия и хлорида меди (II). Масса щёлочи равна 2,2 г, а масса соли 54 г. В первый сосуд добавили раствор нитрата аммония массой 16 г с массовой долей 14%. Содержимое сосуда прокипятили до полного удаления аммиака (считать, что вода не испарялась). Во второй сосуд опустили на некоторое время кадмиевую пластинку. Вычислите, какая масса (г) кадмия должна прореагировать, чтобы сосуды остались в равновесии.
5. РТ 2017/2018 (1 этап). В12. Пластинку из неизвестного металла массой 100 г поместили в раствор нитрата олова (II). Масса нитрата олова (II) в растворе составляла 24,3 г и он полностью прореагировал. После реакции масса пластинки увеличилась на 6%, а в растворе образовалась соль неизвестного металла, в которой он проявляет валентность II. Укажите относительную атомную массу металла.
6. РТ 2017/2018 (3 этап). В9. В закрытый сосуд поместили два стаканчика. В первом стаканчике находился избыток негашеной извести, во втором – раствор хлорида натрия массой 120 г с массовой долей соли 20%. Через некоторое время массовая доля соли во втором стакане изменилась втрое. Вычислите, насколько при этом изменилась масса (г) первого стакана.
7. ДРТ 2019/2020. В10. Смесь твёрдых ацетатов бария и свинца (II) полностью растворили в избытке раствора серной кислоты массой 450 г. После окончания всех реакций, масса раствора увеличилась на 13,2 г, а массовые доли растворённых веществ в растворе стали равны. Рассчитайте массовую долю (%) серной кислоты в исходном растворе.
8. ДРТ 2019/2020. В12. Для анализа смеси массой 3,125 г, состоящей из хлорида калия и бромида калия, её растворили в воде и к полученному раствору добавили раствор нитрата серебра (I) массой 42,5 г с массовой долей соли 20%. В результате чего образовался осадок массой 5,195 г. Рассчитайте массовую долю (%) ионов калия в исходной смеси.
9. РТ 2019/2020 (3 этап). В12. На весах уравновешаны два сосуда. В первом сосуде находился раствор серной кислоты, в котором масса чистой H2SO4 равна 1,568 г. Во втором – раствор сульфата железа (II), в котором масса соли равна 182,4 г. В первый сосуд добавили раствор карбоната натрия массой 10,6 г с массовой долей растворённого вещества 15%. Содержимое сосуда прокипятили до полного удаления углекислого газа, вода при этом не испарялась. Во второй сосуд опустили цинковую пластинку и выдерживали до того момента, когда весы снова уравновесились. Рассчитайте массу цинка (г), которая перешла в раствор в результате реакции.
10. ЦТ по химии 2020. В12. Сплав кадмия с оловом общей массой 14,3 г погрузили в избыток соляной кислоты. После окончания всех реакций в растворе содержались только одно- и двухзарядные ионы. Затем в этот раствор погрузили цинковую пластинку массой 60 г и не вынимали до прекращения протекания реакций. Затем пластинку достали, высушили и взвесили – её масса осталась равной 60 г. Рассчитайте массу (г) соли в конечном растворе.
Ответы:
Развернуть/свернуть
1. 51
2. 8
3. 2
4. 36
5. 59
6. 80
7. 29
8. 37
9. 72
10. 30
Посмотреть видео-объяснения каждого задания ЦТ, РТ и ДРТ всех лет вы можете получив полный доступ к сайту кликнув здесь «Получить все материалы сайта»
- Посмотреть все пробные варианты ЦТ вы можете здесь, нажав на эту строку
- Посмотреть видео-объяснения решений всех типов задач вы можете здесь, нажав на эту строку
- Посмотреть все видео-уроки вы можете здесь, нажав на эту строку
- Прочитать всю теорию для подготовки к ЕГЭ и ЦТ вы можете здесь, нажав на эту строку
- Больше заданий РТ вы можете найти здесь, нажав на эту строку
- Больше заданий ЦТ вы можете найти здесь, нажав на эту строку
Материалы сайта (тесты, задания, задачи, видео) разработаны автором самостоятельно и не являются копией каких-либо других заданий, в том числе заданий, разработанных РИКЗом (Республиканским институтом контроля знаний). При составлении заданий использованы идеи, которые были использованы составителями ЦТ и РТ, что не является нарушением авторского права. Все материалы сайта используются исключительно в образовательных целях.
В доказание вышесказанного, привожу выдержки из Закона Республики Беларусь «Об авторском праве и смежных правах»:
Статья 7. Произведения, не являющиеся объектами авторского права
Пункт 2. Авторское право не распространяется на собственно идеи, методы, процессы, системы, способы, концепции, принципы, открытия, факты, даже если они выражены, отображены, объяснены или воплощены в произведении.
Статья 32. Свободное использование объектов авторского права и смежных прав
Пункт 2. Допускается воспроизведение отрывков из правомерно обнародованных произведений (цитирование) в оригинале и переводе в исследовательских, образовательных, полемических, критических или информационных целях в том объеме, который оправдан целью цитирования.
Статья 36. Свободное использование произведений в образовательных и исследовательских целях
Пункт 2. Статьи и иные малообъемные произведения, правомерно опубликованные в сборниках, а также газетах, журналах и других печатных средствах массовой информации, отрывки из правомерно опубликованных литературных и иных произведений могут быть воспроизведены посредством репродуцирования и иного воспроизведения в образовательных и исследовательских целях.
Источник
Условие задачи:
В сосуд с водой объемом 0,25 л при 20 °C поместили 50 г расплавленного свинца с температурой 400 °C. Какая температура установится в результате теплообмена в сосуде? Удельные теплоёмкости расплава и твердого свинца считать одинаковыми.
Задача №5.2.30 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»
Дано:
(V_1=0,25) л, (t_1=20^circ) C, (m_2=50) г, (t_2=400^circ) C, (t-?)
Решение задачи:
В этой задаче нужно обязательно произвести оценку. Давайте для начала определим количество теплоты (Q_1), которое необходимо для нагревания воды массой (m_1) от температуры (t_1) до температуры кипения (t_к) ((t_к=100^circ) C). Это можно сделать по следующей формуле:
[{Q_1} = {c_1}{m_1}left( {{t_к} – {t_1}} right)]
Удельная теплоёмкость воды (c_1) равна 4200 Дж/(кг·°C).
Массу (m_1) представим как произведение плотности воды (rho) (она равна 1000 кг/м3) на объем (V_1), тогда:
[{Q_1} = {c_1}rho {V_1}left( {{t_к} – {t_1}} right)]
Посчитаем численное значение (Q_1) (объем при расчете мы перевели в кубические метры):
[{Q_1} = 4200 cdot 1000 cdot 0,25 cdot {10^{ – 3}} cdot left( {100 – 20} right) = 84000;Дж]
Так как температура расплавленного свинца (t_2) больше температуры его плавления (t_п) ((t_п=327^circ) C), то определим количество теплоты (Q_2), выделяемое при охлаждении расплава свинца от температуры (t_2) до температуры (t_п).
[{Q_2} = {c_2}{m_2}left( {{t_2} – {t_п}} right)]
Удельная теплоёмкость расплава свинца (и твёрдого свинца) (c_2) равна 130 Дж/(кг·°C).
[{Q_2} = 130 cdot 0,05 cdot left( {400 – 327} right) = 474,5;Дж]
Количество теплоты (Q_3), выделяемое при кристаллизации свинца массой (m_2), определим по формуле:
[{Q_3} = lambda {m_2}]
Удельная теплота кристаллизации (плавления) свинца (lambda) равна 25 кДж/кг.
[{Q_3} = 25 cdot {10^3} cdot 0,05 = 1250;Дж]
Количество теплоты (Q_4), выделяемое при охлаждении свинца массой (m_2) от температуры (t_п) до температуры (t_к), равно:
[{Q_4} = {c_2}{m_2}left( {{t_п} – {t_к}} right)]
[{Q_4} = 130 cdot 0,05 cdot left( {327 – 100} right) = 1475,5;Дж]
Видно, что ({Q_1} > {Q_2} + {Q_3} + {Q_4}), значит температура теплового равновесия будет лежать в пределах от (t_1) до (t_к). Запишем уравнение теплового баланса:
[{Q_5} = {Q_2} + {Q_3} + {Q_6}]
Здесь (Q_5) – количество теплоты, необходимое для нагревания воды массой (m_1) от температуры (t_1) до температуры (t); (Q_6) – количество теплоты, выделяемое при охлаждении свинца массой (m_2) от температуры (t_п) до температуры (t). Тогда:
[{c_1}{m_1}left( {t – {t_1}} right) = {c_2}{m_2}left( {{t_2} – {t_п}} right) + lambda {m_2} + {c_2}{m_2}left( {{t_п} – t} right)]
[{c_1}{m_1}left( {t – {t_1}} right) = {c_2}{m_2}left( {{t_2} – t} right) + lambda {m_2}]
Раскроем скобки:
[{c_1}{m_1}t – {c_1}{m_1}{t_1} = {c_2}{m_2}{t_2} – {c_2}{m_2}t + lambda {m_2}]
Все члены с множителем (t) перенесем в левую сторону, вынесем его за скобки, остальные перенесем в правую.
[tleft( {{c_1}{m_1} + {c_2}{m_2}} right) = {c_1}{m_1}{t_1} + {c_2}{m_2}{t_2} + lambda {m_2}]
[t = frac{{{c_1}{m_1}{t_1} + {c_2}{m_2}{t_2} + lambda {m_2}}}{{{c_1}{m_1} + {c_2}{m_2}}}]
Массу (m_1) представим как произведение плотности воды (rho) на объем (V_1), как это уже было сделано выше:
[t = frac{{{c_1}rho {V_1}{t_1} + {c_2}{m_2}{t_2} + lambda {m_2}}}{{{c_1}rho {V_1} + {c_2}{m_2}}}]
Переведём некоторые величины в систему СИ:
[0,25;л = 0,25 cdot {10^{ – 3}};м^3]
[50;г = 0,05;кг]
Численно температура (t) равна:
[t = frac{{4200 cdot 1000 cdot 0,25 cdot {{10}^{ – 3}} cdot 20 + 130 cdot 0,05 cdot 400 + 25 cdot {{10}^3} cdot 0,05}}{{4200 cdot 1000 cdot 0,25 cdot {{10}^{ – 3}} + 130 cdot 0,05}} = 23,5^circ;C = 296,5;К]
Ответ: 296,5 К.
Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.
Источник
Опубликовано ср, 07/17/2019 – 22:35 пользователем fizportal.ru
ОСНОВЫ МКТ. Пары. Кипение. Тема 13-5
Во всех задачах этого раздела считайте атмосферное давление равным po = 1,013 × 105 Па. Для определения давления насыщенных водяных паров пользуйтесь таблицей.
13.73. В закрытом сосуде находятся воздух и капля воды массы m = 0,5 г. Объем сосуда V = 25 л, давление в нем 1,0 × 104 Па, температура T = 300 К. Каким станет давление p в сосуде, когда капля испарится? Температура остается неизменной.
13.74. В откачанном герметически закрытом сосуде объема V = 10 л находится открытая колбочка, содержащая m = 10 г воды. Сосуд прогревают при температуре t = 100 °С. Какая масса воды Δm испарится?
13.75. В объеме V1 = 20 л содержатся насыщенные пары воды при температуре t = 100 °С. Какую работу A надо совершить, чтобы изотермическим сжатием уменьшить объем паров до V2 = 10 л? Объемом воды, образовавшейся при конденсации, пренебречь.
13.76. Под колоколом насоса находится стакан, содержащий воду массы m = 200 г. Насос откачивает воздух из-под колокола со скоростью u = 50 л/мин. Через сколько времени вся вода испарится, если установившаяся под колоколом температура равна T = 280 K?
13.77. В запаянной трубке объема V = 0,40 л находится водяной пар под давлением p = 8,5 × 103 Па при температуре T = 423 K. Какое количество росы выпадет на стенках трубки при охлаждении ее до температуры T/ = 295 К?
13.78. Сосуд объема V = 20 дм3 разделен тонкой подвижной перегородкой на две части. В левую часть помещена вода ($nu_1$ = 1 моль), в правую − азот ($nu_2$ = 0,5 моль). Температура поддерживается равной T = 373 К. Определите объем правой части сосуда V.
13.79. Сосуд объема V = 120 дм3 разделен тонкой подвижной перегородкой на две части. В левую помещена вода (ν1 = 2 моль), в правую азот (ν2 = 1 моль). Температура поддерживается равной T = 373 К. Определите объем правой части сосуда V.
13.80. Под поршнем цилиндра объема V = 10 дм3 находится m = 1,9 г газообразного аммиака. Цилиндр помещен в термостат при температуре t = −57 °С. Какая масса аммиака Δm сконденсируется при сжатии газа поршнем до объема V/2? Давление насыщенного пара аммиака при t = −57 °C составляет p = 26,7 кПа. Молярная масса газообразного аммиака μ = 17 г/моль.
13.81. Под невесомым поршнем в цилиндре находится m = 1,0 кг воды при температуре t1 = 0 °C. В воду опускают кусок железа массы mo = 1,0 кг, нагретый до температуры t2 = 1100 °C. На какую высоту h поднимется поршень? Удельная теплоемкость железа c = 0,5 кДж/(кг$cdot$К). Площадь поршня S = 1000 см2. Теплоемкостью цилиндра и потерями тепла пренебречь.
13.82. В цилиндре находятся m = 18 г воды при температуре t = 0 °C; поршень сечения S = 100 см2 и массы M = 100 кг отделяет воду от атмосферы. Цилиндр нагревается до температуры t = 200 °C. На какую высоту Δh поднимется поршень?
13.83. В вертикально расположенном цилиндре под невесомым поршнем сечения S = 100 см2 находится m = 18 г насыщенного водяного пара. В цилиндр впрыскивают M = 18 г воды при температуре t = 0 °C. На какую высоту Δh опустится поршень?
13.84. В вертикально расположенном цилиндре под поршнем массы M = 10 кг находится некоторое количество воздуха, воды и водяного пара при температуре t = 100 °C. В положении равновесия поршень находится на расстоянии h = 20 см от дна цилиндра. Когда цилиндр расположили горизонтально, поршень занял новое положение равновесия, сместившись на Δh = 3,0 см от первоначального положения. Какая масса воды Δm была на дне сосуда? Площадь поршня S = 400 см2.
13.85. В откачанный сосуд объема V = 1,0 дм3 ввели водород до давления p2 = 266 гПа при температуре t = 20 °C. В другой такой же сосуд ввели кислород до давления p2 = 133 гПа при той же температуре. Оба сосуда соединили, и, после завершения переходных процессов, гремучую смесь подожгли электрическим разрядом. Определите массу Δm воды, сконденсировавшейся на стенках сосуда после его охлаждения до первоначальной температуры.
13.86. Запаянный сосуд заполнен смесью водорода и кислорода при температуре T1 = 300 K и давлении po = 1,0 × 105 Па. Парциальные давления компонентов смеси одинаковы. В сосуде происходит взрыв. Определите давление p внутри сосуда после того, как температура продуктов реакции станет равной T2 = 373 К.
13.87. Запаянный сосуд заполнен смесью водорода и кислорода при температуре T1 = 300 К и давлении po = 1,0 МПа. Парциальные давления компонентов смеси одинаковы. В сосуде происходит взрыв. Определите давление p внутри сосуда после того, как температура продуктов реакции станет равной T2 = 373 К.
Источник