Задачи и упражнения к главе 4 "Внутренняя энергия"
115. В один стакан налили 100 мл холодной воды, в другой — такое же количество горячей воды. В каком стакане вода обладает большей внутренней энергией?
116. Что происходит с внутренней энергией человека, когда после жара у него восстанавливается нормальная температура?
117. Почему, если быстро скользить вниз по шесту или канату, можно обжечь руки?
118. При обработке детали напильником и деталь, и напильник нагреваются. Почему?
119. Почему конькобежец легко скользит по льду, в то время как по стеклу, обладающему более гладкой поверхностью, он скользить не может?
120. Почему метеорит, пролетая через атмосферу Земли, раскаляется?
121. Ножницы и карандаш, лежащие на столе, имеют одинаковую температуру. Почему же на ощупь ножницы кажутся холоднее карандаша?
Решение:
Рука человека в обычных условиях имеет большую температуру, чем ножницы и карандаш. Поэтому при контакте руки с этими предметами начинается теплообмен: рука теряет некоторое количество теплоты, а карандаш и ножницы его получают. Но теплопроводность дерева, из которого изготовлен карандаш, значительно меньше теплопроводности металлических ножниц. Поэтому теплообмен между рукой и карандашом будет осуществляться намного медленнее, чем между рукой и ножницами. Более быстрая теплоотдача в последнем случае и вызывает то ощущение холода, которое возникает, когда мы дотрагиваемся до ножниц.
122. Почему на воздухе при температуре 25 °С человеку жарко, а в воде, имеющей такую же температуру, ему прохладно?
123. Почему глубокий рыхлый снег защищает озимые хлеба от вымерзания?
124. Почему меховые пальто и шапки защищают тело человека и от мороза, и от сильной жары? При какой примерно температуре имеет смысл надевать такую одежду в жару?
125. Ускорится ли таяние мороженого в теплой комнате, если укутать его шубой?
126. Что теплее: три рубашки или рубашка тройной толщины?
127. Почему в безветрие пламя свечи устанавливается вертикально?
128. Почему подвал — самое холодное место в доме?
129. В какой одежде летом менее жарко: в белой или темной? Почему?
130. Почему вспаханное поле сильнее нагревается солнечным излучением, чем зеленый луг?
131. Внутренняя энергия газа была равна 0,03 МДж. В результате теплообмена она стала равной 38 кДж. Найдите изменение внутренней энергии этого газа. Как изменилась при этом температура газа — повысилась или понизилась? Чему равно количество теплоты, полученное газом?
132. Чему была равна внутренняя энергия газа, если в результате теплообмена она уменьшилась на 10 кДж и стала равной 0,05 МДж? Как при этом изменилась температура газа — повысилась или понизилась? Какое количество теплоты было получено газом?
133. На сколько изменилась внутренняя энергия газа, если, получив количество теплоты 8 МДж, газ совершил работу 6 Мдж?
134. При передаче газу количества теплоты 15 кДж он совершил работу, равную 40 кДж. Чему равно изменение внутренней энергии газа? Охладился газ или нагрелся?
135. Получив количество теплоты 500 кДж, газ совершил некоторую работу. Какую работу совершил газ, если полное изменение его внутренней энергии составило 200 кДж?
136. Какое количество теплоты было получено газом, если его внутренняя энергия увеличилась на 0,2 МДж и при этом он совершил работу 100 кДж?
137. Пользуясь таблицей 8, вычислите (устно) количество теплоты, необходимое для нагревания на 1 °С: а) воды массой 2 кг; б) льда массой 2 кг.
138. Пользуясь таблицей 8, вычислите (устно) количество теплоты, выделяющееся при охлаждении на 2 °С: а) воды массой 1 кг; б) льда массой 1 кг.
139. Какое количество теплоты необходимо для нагревания алюминиевой ложки массой 50 г на 50 °С?
140. Какое количество теплоты необходимо для нагревания стальной детали массой 500 г на 20 °С?
141. Какое количество теплоты выделяется при охлаждении куска льда массой 200 г от 0 до –10 °С?
142. Какое количество теплоты выделяется при охлаждении воды массой 100 г от 90 до 20 °С?
143. Имеется два предмета одинаковой массы и одинаковой температуры: один из свинца, другой из стали. Какой из них отдаст при охлаждении до одной и той же температуры большее количество теплоты?
144. Имеется два предмета одинаковой массы и одинаковой температуры: один из меди, другой из алюминия. Какой из них нагреется до большей температуры при передаче им одинакового количества теплоты?
145. Вынутые из кипятка цилиндры из свинца и меди массой 1 кг каждый поместили на лед. Под каким из них растает больше льда? Какая из лунок (рис. 102) образовалась под свинцовым цилиндром, какая — под медным?
146. Вынутые из кипятка цилиндры из стали и алюминия одинаковой массы поместили на парафин. Под каким из них расплавится больше парафина? Какая из лунок (рис. 103) образовалась под стальным цилиндром, какая — под алюминиевым?
147. В каком случае 1 кг свинца нагреется сильнее: когда его температуру повысят на 10 °С или когда ему сообщат количество теплоты 10 Дж?
148. В каком случае 1 г свинца нагреется сильнее: когда его температуру повысят на 5 °С или когда ему сообщат количество теплоты 5 Дж?
149. В железный котел массой 10 кг налита вода массой 20 кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 до 100 °С?
150. Какое количество теплоты необходимо для нагревания от 20 до 100 °С алюминиевой кастрюли массой 800 г с водой, масса которой 5 кг?
151. В ведро налита вода массой 5 кг, температура которой 9 °С. Сколько кипятку нужно долить в ведро, чтобы температура воды стала равной 30 °С? Тепловыми потерями пренебречь.
152. Металлический цилиндр массой 200 г нагрели в кипятке до 100 °С и затем опустили в воду массой 400 г, имеющую температуру 22 °С. Через некоторое время температура воды и цилиндра стала равной 25 °С. Чему равна удельная теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр? Тепловыми потерями пренебречь.