Внутренняя энергия системы лед вода
Одному килограмму воды, находящейся в твёрдом состоянии при температуре 0 °C, сообщают количество теплоты 330 кДж. Как в результате этого изменяются следующие физические величины: температура воды, объём воды, внутренняя энергия воды? (Удельная теплота плавления льда 3,3·10 5 Дж/кг).
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА | ЕЁ ИЗМЕНЕНИЕ |
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
При передаче телу тепла его внутренняя энергия возрастает (В — 1). Пусть 
— теплота плавления воды. Найдём массу расплавившейся воды:
То есть вся вода перейдёт в жидкое состояние, но на повышение температуры энергии не останется (А — 3). Плотность льда меньше плотности воды, поэтому при плавлении объём воды уменьшится (Б — 2).
Так как температура при плавлении льда остается постоянной, t=0°C, то внутренняя энергия системы лед-вода должна оставаться постоянной, так как ΔU=(3/2)*ƲRΔT. Следовательно ответ должен быть не 321, а 323
— формула только для идеального газа. Она не применима к жидкостям и твёрдым телам и тем более к фазовым переходам.
Источник
Внутренняя энергия системы лед вода
Внутренняя энергия раствора по сравнению с суммой внутренней энергии кристалла и растворителя при той же температуре в большинстве случаев
4) пренебрежимо мала
Возьмём в руки кусок сахара и коснёмся им поверхности кипятка. Кипяток втянется в сахар и дойдёт до наших пальцев. Однако мы не почувствуем ожога, как почувствовали бы, если бы вместо сахара был кусок ваты. Это наблюдение показывает, что растворение сахара сопровождается охлаждением раствора. Если бы мы хотели сохранить температуру раствора неизменной, то должны были бы подводить к раствору энергию. Отсюда следует, что при растворении сахара внутренняя энергия системы сахар-вода увеличивается.
То же самое происходит при растворении большинства других кристаллических веществ. Во всех подобных случаях внутренняя энергия раствора больше, чем внутренняя энергия взятых в отдельности кристалла и растворителя при той же температуре.
В примере с сахаром необходимое для его растворения количество теплоты отдаёт кипяток, охлаждение которого заметно даже по непосредственному ощущению.
Если растворение происходит в воде при комнатной температуре, то температура получившейся смеси в некоторых случаях может оказаться даже ниже 0 °С, хотя смесь и остаётся жидкой, поскольку температура застывания раствора может быть значительно ниже нуля. Этот эффект используют для получения сильно охлажденных смесей из снега и различных солей.
Снег, начиная таять при 0 °С, превращается в воду, в которой растворяется соль; несмотря на понижение температуры, сопровождающее растворение, получившаяся смесь не затвердевает. Снег, смешанный с этим раствором, продолжает таять, забирая энергию от раствора и, соответственно, охлаждая его. Процесс может продолжаться до тех пор, пока не будет достигнута температура замерзания полученного раствора. Смесь снега и поваренной соли в отношении 2 : 1 позволяет, таким образом, получить охлаждение до −21 °С; смесь снега с хлористым кальцием (СаСl2) в отношении 7 : 10 — до −50 °С.
Где ноги будут мерзнуть меньше: на заснеженном тротуаре или на таком же тротуаре, посыпанном солью при такой же температуре?
1) на заснеженном тротуаре
2) на тротуаре, посыпанном солью
3) одинаково на заснеженном тротуаре и на тротуаре, посыпанном солью
4) ответ зависит от атмосферного давления
Ноги будут мёрзнуть меньше на заснеженном тротуаре, поскольку на тротуаре, посыпанном солью будет происходить растворение соли и, следовательно, тротуар будет охлаждаться.
Источник
Внутренняя энергия системы лед вода
Как изменится внутренняя энергия 500 г воды, взятой при 20°С, при её превращении в лёд при температуре 0 °С?
При охлаждении воды до 0 °С выделится количество теплоты, равное:
Затем при кристаллизации воды выделится количество теплоты, равное:
Таким образом, всего вода отдаст 
теплоты. Внутренняя энергия воды уменьшится на 207 кДж.
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: 1) верно записано краткое условие задачи; 2) записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи выбранным способом; 3) выполнены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. При этом допускается решение «по частям» (с промежуточными вычислениями). | 3 | ||||
| Правильно записаны необходимые формулы, проведены вычисления, и получен ответ (верный или неверный), но допущена ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ. Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-либо числовых расчётов. Источник Внутренняя энергия системы лед водаДва одинаковых латунных шарика падают с одной и той же высоты. Первый шарик упал в песок и остановился, а второй, ударившись о камень, отскочил и был пойман рукой на некоторой высоте. Внутренняя энергия какого шарика изменилась на большую величину? Ответ поясните. Ответ: на большую величину изменилась внутренняя энергия первого шарика. Объяснение: первый шарик, упав на песок, остановился; следовательно, изменение его внутренней энергии равно его начальной механической энергии, поскольку вся механическая энергия превратилась во внутреннюю энергию шарика и песка. Второй шарик отскочил и поднялся на некоторую высоту; следовательно, изменение его внутренней энергии равно разности его начальной и конечной потенциальной энергии. Аналоги к заданию № 565: 6988 Все Один стакан с водой стоит на столе в тёплом помещении, другой с водой такой же массы — в холодильнике. Внутренняя энергия воды в стакане, стоящем в холодильнике, 1) равна внутренней энергии воды в стакане, стоящем на столе 2) больше внутренней энергии воды в стакане, стоящем на столе 3) меньше внутренней энергии воды в стакане, стоящем на столе Внутренняя энергия — это суммарная кинетическая и потенциальная энергия взаимодействия молекул. Температура является мерой кинетической энергии, чем она выше, тем большей энергией обладают молекулы. Следовательно, внутренняя энергия стакана в холодильнике меньше внутренней энергии воды в стакане, стоящем на столе. Правильный ответ указан под номером 3. Аналоги к заданию № 656: 7118 Все Внутренняя энергия тела зависит 1) только от температуры этого тела 2) только от массы этого тела 3) только от агрегатного состояния вещества 4) от температуры, массы тела и агрегатного состояния вещества Внутренней энергией тела называют сумму кинетической энергии теплового движения его атомов и молекул и потенциальной энергии их взаимодействия между собой. Внутренняя энергия тела увеличивается при нагреве, так как с ростом температуры кинетическая энергия молекул тоже растёт. Однако внутренняя энергия тела зависит не только от его температуры, действующих на него сил и степени раздробленности. При плавлении, затвердевании, конденсации и испарении, то есть, при изменении агрегатного состояния тела, потенциальная энергия связи между его атомами и молекулами тоже изменяется, а значит, изменяется и его внутренняя энергия. Очевидно, что внутренняя энергия тела должна быть пропорциональна его объёму (следовательно и массе) и равна сумме кинетической и потенциальной энергии всех молекул и атомов, из которых состоит это тело. Таким образом, внутренняя энергия зависит и от температуры, и от массы тела, и от агрегатного состояния. Правильный ответ указан под номером 4. Аналоги к заданию № 34: 5188 Все Стальной шарик нагревают на горелке. Как в процессе нагревания изменяются плотность шарика, его механическая и внутренняя энергии? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: 3) не изменилась Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Плотность есть отношение объёма тела к массе, при нагревании шарика, он расширяется, то есть объём растёт, масса остаётся неизменной, следовательно, плотность уменьшается. Механическая энергия есть сумма кинетической энергии и потенциальной, следовательно, при нагревании шарика, она не изменяется. Внутренняя энергия пропорциональна температуре тела и потенциальной энергии взаимодействия молекул тела между собой, при нагревании она будет увеличиваться. Один стакан с водой стоит на столе в комнате, а другой стакан с водой такой же массы и такой же температуры находится на полке, висящей на высоте 80 см относительно стола. Внутренняя энергия воды в стакане на столе 2) меньше внутренней энергии воды на полке 3) больше внутренней энергии воды на полке 4) равна внутренней энергии воды на полке Внутренняя энергия пропорциональна температуре тела и потенциальной энергии взаимодействия молекул тела между собой. Следовательно, внутренняя энергия воды в стакане на столе равна внутренней энергии воды на полке. Правильный ответ указан под номером 4. Какие изменения энергии происходят в куске льда при его таянии? 1) увеличивается кинетическая энергия куска льда 2) уменьшается внутренняя энергия куска льда 3) увеличивается внутренняя энергия куска льда 4) увеличивается внутренняя энергия воды, из которой состоит кусок льда Внутренняя энергия тела — это суммарная кинетическая энергия движения молекул тела и потенциальная энергия их взаимодействия. При таянии лёд превращается в воду, при этом увеличивается потенциальная энергия взаимодействия молекул воды, поэтому увеличивается внутренняя энергия воды, из которых состоит кусок льда. Правильный ответ указан под номером 4. Внутренняя энергия раствора по сравнению с суммой внутренней энергии кристалла и растворителя при той же температуре в большинстве случаев 4) пренебрежимо мала Возьмём в руки кусок сахара и коснёмся им поверхности кипятка. Кипяток втянется в сахар и дойдёт до наших пальцев. Однако мы не почувствуем ожога, как почувствовали бы, если бы вместо сахара был кусок ваты. Это наблюдение показывает, что растворение сахара сопровождается охлаждением раствора. Если бы мы хотели сохранить температуру раствора неизменной, то должны были бы подводить к раствору энергию. Отсюда следует, что при растворении сахара внутренняя энергия системы сахар-вода увеличивается. То же самое происходит при растворении большинства других кристаллических веществ. Во всех подобных случаях внутренняя энергия раствора больше, чем внутренняя энергия взятых в отдельности кристалла и растворителя при той же температуре. В примере с сахаром необходимое для его растворения количество теплоты отдаёт кипяток, охлаждение которого заметно даже по непосредственному ощущению. Если растворение происходит в воде при комнатной температуре, то температура получившейся смеси в некоторых случаях может оказаться даже ниже 0 °С, хотя смесь и остаётся жидкой, поскольку температура застывания раствора может быть значительно ниже нуля. Этот эффект используют для получения сильно охлажденных смесей из снега и различных солей. Снег, начиная таять при 0 °С, превращается в воду, в которой растворяется соль; несмотря на понижение температуры, сопровождающее растворение, получившаяся смесь не затвердевает. Снег, смешанный с этим раствором, продолжает таять, забирая энергию от раствора и, соответственно, охлаждая его. Процесс может продолжаться до тех пор, пока не будет достигнута температура замерзания полученного раствора. Смесь снега и поваренной соли в отношении 2 : 1 позволяет, таким образом, получить охлаждение до −21 °С; смесь снега с хлористым кальцием (СаСl2) в отношении 7 : 10 — до −50 °С. Где ноги будут мерзнуть меньше: на заснеженном тротуаре или на таком же тротуаре, посыпанном солью при такой же температуре? 1) на заснеженном тротуаре 2) на тротуаре, посыпанном солью 3) одинаково на заснеженном тротуаре и на тротуаре, посыпанном солью 4) ответ зависит от атмосферного давления Ноги будут мёрзнуть меньше на заснеженном тротуаре, поскольку на тротуаре, посыпанном солью будет происходить растворение соли и, следовательно, тротуар будет охлаждаться. Источник Внутренняя энергия системы лед водаУчитель на уроке, используя катушку, замкнутую на гальванометр, и полосовой магнит (см. рисунок), последовательно провёл опыты по наблюдению явления электромагнитной индукции. Условия проведения опытов и показания гальванометра представлены в таблице. Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений и запишите в ответе цифры, под которыми они указаны. 1) Величина индукционного тока зависит от геометрических размеров катушки. 2) При изменении магнитного потока, пронизывающего катушку, в катушке возникает электрический (индукционный) ток. 3) Величина индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего катушку. 4) Направление индукционного тока зависит от того, увеличивается или уменьшается магнитный поток, пронизывающий катушку. 5) Направление индукционного тока зависит от направления магнитных линий, пронизывающих катушку. Используя источник тока (4,5 В), вольтметр, амперметр, ключ, реостат, соединительные провода, резистор, обозначенный R1, соберите экспериментальную установку для определения работы электрического тока, протекающего через резистор. При помощи реостата установите в цепи силу тока 0,5 А. Определите работу электрического тока, протекающего через резистор, в течение 5 минут. Абсолютная погрешность измерения напряжения составляет ±0,2 В. 1) нарисуйте электрическую схему эксперимента; 2) запишите формулу для расчёта работы электрического тока; 3) укажите результаты измерения напряжения при силе тока 0,5 А с учётом абсолютной погрешности измерения; 4) запишите численное значение работы электрического тока. Установите соответствие между техническими устройствами (приборами) и физическими закономерностями, лежащими в основе принципа их действия. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера. 1. Модуль реактивной силы зависит только от скорости расхода топлива. 2. Модуль реактивной силы зависит от скорости истечения газов из сопла двигателя и от скорости расхода топлива. 3. Ракета начальной массой 800 т, стартовав из неподвижного положения, сожгла половину топлива, в результате чего ею была достигнута скорость 2,5 км/с. Когда её скорость достигнет значения 7,5 км/с ее масса будет равна 300 т. 4. Ракета начальной массой 800 т, стартовав из неподвижного положения, сожгла половину топлива, в результате чего ею была достигнута скорость 2,5 км/с. Когда её скорость достигнет значения 7,5 км/с ее масса будет равна 200 т. 5. Ракета начальной массой 800 т, стартовав из неподвижного положения, сожгла половину топлива, в результате чего ею была достигнута скорость 2,5 км/с. Когда её скорость достигнет значения 7,5 км/с ее масса будет равна 100 т. Реактивным называется движение, которое происходит под действием силы реакции, действующей на движущееся тело со стороны струи вещества, выбрасываемого из двигателя. Пояснить принцип реактивного движения можно на примере движения ракеты. Пусть в двигателе, установленном на ракете, происходит сгорание топлива и продукты горения (горячие газы) под высоким давлением выбрасываются из сопла двигателя. На каждую порцию газов, выброшенных из сопла, со стороны двигателя действует некоторая сила, которая приводит эту порцию газов в движение. В соответствии с третьим законом Ньютона, на двигатель со стороны выбрасываемых газов действует сила, такая же по модулю и противоположная по направлению. Эта сила называется реактивной. Под её действием ракета приобретает ускорение и разгоняется в направлении, противоположном направлению выбрасывания газов. Модуль F реактивной силы может быть вычислен при помощи простой формулы:
где u — модуль скорости истечения газов из сопла двигателя относительно ракеты, а μ — скорость расхода топлива (масса вещества, выбрасываемого двигателем в единицу времени, измеряется в кг/с). Направлена реактивная сила всегда в направлении, противоположном направлению истечения газовой струи. Реактивное движение также можно объяснить и при помощи закона сохранения импульса. Принцип реактивного движения широко используется в технике. Помимо ракет реактивные двигатели приводят в движение самолёты и водные катера. На основании этого принципа конструируют различные приспособления — поливальные устройства с вертушками, называемыми «сегнеровым» колесом, игрушки и т. п. Реактивное движение встречается и в живой природе. Некоторые морские организмы (кальмары, каракатицы) двигаются, выбрасывая предварительно засосанные внутрь себя порции воды. В качестве любопытного примера из мира растений можно привести так называемый «бешеный огурец». После созревания семян из плода этого растения под большим давлением выбрасывается жидкость, в результате чего огурец отлетает на некоторое расстояние от места своего произрастания. При реактивном движении ракеты её масса непрерывно уменьшается из-за сгорания топлива и выбрасывания наружу продуктов сгорания. По этой причине модуль ускорения ракеты всё время изменяется, а скорость ракеты нелинейно зависит от массы сгоревшего топлива. Впервые задача об отыскании модуля конечной скорости v ракеты, масса которой изменилась от значения m0 до величины m, была решена русским учёным, пионером космонавтики К. Э. Циолковским. График зависимости, иллюстрирующей полученную им формулу, показан на рисунке. Из графика видно, что полученная Циолковским закономерность может быть кратко сформулирована следующим образом: если скорость истечения газов из сопла двигателя постоянна, то при уменьшении массы ракеты в геометрической прогрессии модуль скорости ракеты возрастает в арифметической прогрессии. Иными словами, если при уменьшении массы ракеты в 2 раза Источник detector |
,
модуль скорости ракеты увеличивается на 1 км/с, то при уменьшении массы ракеты в 4 раза 
модуль скорости ракеты возрастёт ещё на 1 км/с. Из-за такой закономерности разгон ракеты до высокой скорости требует очень большого расхода топлива.
