Решение: Нагрев калориметра спиралью
В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущена спираль сопротивлением 2 Ом, подключённая к источнику напряжением 5 В. На сколько градусов нагреется калориметр с водой за 11 мин, если потери энергии в окружающую среду составляют 20%?
Решение по шагам
6 шаговПереведём время и массы в единицы СИ:
$$t = 11 \cdot 60 = 660\ \text{с},\quad m_\text{в} = 0{,}120\ \text{кг},\quad m_\text{ал} = 0{,}050\ \text{кг}$$Найдём мощность электрического тока в спирали:
$$P = \dfrac{U^2}{R} = \dfrac{5^2}{2} = 12{,}5\ \text{Вт}$$Работа электрического тока за время нагревания равна:
$$A = Pt = 12{,}5 \cdot 660 = 8250\ \text{Дж}$$С учётом потерь 20% на нагревание воды и калориметра пойдёт 80% энергии:
$$Q = 0{,}8A = 0{,}8 \cdot 8250 = 6600\ \text{Дж}$$Количество теплоты, необходимое для нагревания воды и алюминиевого калориметра:
$$Q = (m_\text{в}c_\text{в} + m_\text{ал}c_\text{ал})\Delta t$$Выразим изменение температуры и подставим значения:
$$\Delta t = \dfrac{6600}{0{,}120 \cdot 4200 + 0{,}050 \cdot 900} = \dfrac{6600}{549} \approx 12\ ^\circ\text{C}$$Калориметр с водой нагреется примерно на $12\ ^\circ\text{C}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не переводят 11 минут в секунды.
Учитывают массу только воды и не учитывают теплоёмкость алюминиевого калориметра.
Вычитают 20% из температуры вместо энергии.
Используют всю работу тока без учёта потерь.