Б. На рис. 42 приведён график зависимости температуры вещества массой 2 кг от времени. Используя график и соответствующие таблицы из учебника, выполните задания: 1) Определите, какое это вещество. 2) Каким процессам соответствуют участки AB, BC, CD, DE, EF? 3) Как изменялась внутренняя кинетическая энергия этого вещества на участках AB, BC, CD, DE, EF? 4) В какой точке (L или N) молекулы данного вещества обладали большей кинетической энергией хаотичного движения? 5) В какой из точек (D или E) молекулы данного вещества обладали большей внутренней потенциальной энергией? 6) Какое количество теплоты было передано веществу на участках AB, BC, CD, DE? 7) Какое количество теплоты получает вещество на участке BE? 8) Оцените мощность нагревателя, используемого на разных этапах представленного процесса.

Question

Вопрос:

Фото задания

Б. На рис. 42 приведён график зависимости температуры вещества массой 2 кг от времени. Используя график и соответствующие таблицы из учебника, выполните задания: 1) Определите, какое это вещество. 2) Каким процессам соответствуют участки AB, BC, CD, DE, EF? 3) Как изменялась внутренняя кинетическая энергия этого вещества на участках AB, BC, CD, DE, EF? 4) В какой точке (L или N) молекулы данного вещества обладали большей кинетической энергией хаотичного движения? 5) В какой из точек (D или E) молекулы данного вещества обладали большей внутренней потенциальной энергией? 6) Какое количество теплоты было передано веществу на участках AB, BC, CD, DE? 7) Какое количество теплоты получает вещество на участке BE? 8) Оцените мощность нагревателя, используемого на разных этапах представленного процесса.

Accepted Answer

На графике видны горизонтальные участки при 0 °C и 100 °C. Это характерные температуры плавления льда и кипения воды, значит, вещество — вода.
AB — нагревание льда от −40 °C до 0 °C; BC — плавление льда; CD — нагревание воды от 0 °C до 100 °C; DE — кипение воды; EF — нагревание водяного пара.
Внутренняя кинетическая энергия связана с температурой. На наклонных участках AB, CD и EF температура и кинетическая энергия растут. На участках плавления BC и кипения DE температура постоянна, поэтому средняя кинетическая энергия не изменяется.
В точке N температура выше, чем в точке L, поэтому большая кинетическая энергия хаотичного движения молекул — в точке N.
В точке E: при кипении температура постоянна, а теплота расходуется на увеличение внутренней потенциальной энергии; следовательно, к концу участка DE она больше.
Используем табличные значения для воды и льда: удельная теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг·°C), удельная теплота плавления льда 3,4·10⁵ Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°C), удельная теплота парообразования воды 2,3·10⁶ Дж/кг. Масса вещества — 2 кг.
AB: \(Q_{AB}=mc_{л}\Delta t=2\cdot2100\cdot40=168000\) Дж = 168 кДж.
BC: \(Q_{BC}=m\lambda=2\cdot3.4\cdot10^5=680000\) Дж = 680 кДж.
CD: \(Q_{CD}=mc_{в}\Delta t=2\cdot4200\cdot100=840000\) Дж = 840 кДж.
DE: \(Q_{DE}=mL=2\cdot2.3\cdot10^6=4600000\) Дж = 4,6 МДж.
Участок BE включает BC, CD и DE:
\(Q_{BE}=Q_{BC}+Q_{CD}+Q_{DE}=680000+840000+4600000=6120000\) Дж = 6,12 МДж.
По графику длительности участков: AB — 2 мин, BC — 2 мин, CD — 1,5 мин, DE — 2 мин. Оценим мощность по формуле \(P=Q/\Delta t\), переводя время в секунды:
- AB: \(P_{AB}=168000/120\approx1400\) Вт = 1,4 кВт;
- BC: \(P_{BC}=680000/120\approx5667\) Вт ≈ 5,7 кВт;
- CD: \(P_{CD}=840000/90\approx9333\) Вт ≈ 9,3 кВт;
- DE: \(P_{DE}=4600000/120\approx38333\) Вт ≈ 38 кВт.
По этим оценкам мощность нагревателя на разных этапах неодинакова и на участке DE наибольшая. Это расчёт по графику и табличным значениям; точность ограничена считыванием времени с рисунка и округлением табличных величин.

Ответ: