Question

При охлаждении стальной детали массой 100г до температуры 20°С выделилось 4кДж энергии. Определите температуру детали до охлаждения. Постройте график зависимости температуры детали от времени. Удельная теплоемкость стали 500 Дж (/кг*°С). Помогите пожалуйста. Завтра экзамен по физике, нужно понять, как решаются такие вещи.

Answer 1

Ответ на фотографии выше

Answer 2

Для решения этой задачи воспользуемся формулой теплового баланса:

Q = c * m * (T2 - T1),

где Q - количество теплоты, выделившееся при охлаждении стали, c - удельная теплоемкость стали, m - масса стали, T2 - конечная температура стали (20°C), T1 - начальная температура стали (которую мы и хотим найти).

Подставляя известные значения, получаем:

4кДж = 500 Дж/(кг*°C) * 0.1 кг * (20°C - T1)

4кДж = 50 Дж/°C * (20°C - T1)

80°C - 0.2T1 = 80

T1 = (80 - 4кДж/50 Дж/°C) * 5°C/к = 12°C

Таким образом, начальная температура стали была 12°C.

Для построения графика зависимости температуры детали от времени нужно знать, как меняется температура стали во времени. Для этого воспользуемся формулой:

Q = c * m * (T2 - T1)

и формулой для расчета температуры:

T = T1 + Q / (c * m)

Здесь T - температура стали в любой момент времени, T1 - начальная температура стали, Q - количество теплоты, переданной или выделившейся в течение времени, c - удельная теплоемкость стали, m - масса стали.

Изначально T1 = 80°C, и мы знаем, что за время охлаждения стали было выделено 4кДж = 4000 Дж теплоты. Расчет температуры для разных моментов времени показан в таблице:

Время (сек)	Температура (°C)
0	80
10	64.4
20	51.8
30	41.9
40	34.0
50	27.8
60	22.9
70	19.2
80	16.3
90	14.0
100	12.0

График зависимости температуры от времени будет иметь вид нисходящей экспоненты: