Измерение количества теплоты, полученного водой комнатной температуры фиксированной массы в которую опущен нагретый цилиндр

Qв = cв·mв·(Tв − Tв₀)

Цель работы

Измерить количество теплоты, полученное водой.

Теоретические сведения

Нагревание воды

При контакте с более горячим цилиндром вода получает энергию, и её температура растёт. Без испарения и других фазовых переходов полученная теплота равна:

Q_{в} = c_{в} \cdot m_{в} \cdot (T_{в} - T_{в 0})

$Q_{в}$ — теплота, полученная водой (Дж);
$m_{в}$ — масса воды (кг);
$T_{в 0}$ , $T_{в}$ — начальная и текущая температуры (°C);
$c_{в} = 4200 Дж /(кг \cdot^{\circ} C)$ — удельная теплоёмкость воды.

Температура и запасённая энергия

При неизменной массе количество полученной теплоты пропорционально повышению температуры. В формулу подставляют разность температур, а не текущее показание термометра. Она позволяет оценить теплоту к любому выбранному моменту, когда температура воды внутри сосуда считается однородной.

Связь с охлаждением цилиндра

В изолированном сосуде энергия, полученная водой, равна энергии, отданной цилиндром:

Q_{в} = Q_{отд}

Это равенство предполагает пренебрежимо малую теплоёмкость сосуда и отсутствие обмена с комнатой. При теплопотерях изменение температуры воды по-прежнему определяет её полученную теплоту, но она уже не равна всей энергии, потерянной цилиндром. В симуляции время читают по часам опыта, которые идут в 20 раз быстрее реального ожидания.

Подготавливаем формулы…

Порядок работы

Установите изолированный сосуд, воду 0,25 кг при 20 °C и цилиндр A массой 0,2 кг при 80 °C.
Запишите начальные показания и начните теплообмен. Измерьте температуру воды в нескольких моментах, включая установившееся состояние.
По массе и изменению температуры найдите полученное водой количество теплоты к каждому моменту. Объясните, почему температуру цилиндра нельзя подставлять вместо температуры воды до равновесия.
Сформулируйте вывод по измерениям: укажите результат, сохранённые условия и ограничения модели.

Эксперимент

Таблица измерений

Записей: 0

Результаты измерений эксперимента
№	t, с	mв, кг	mц, кг	tв, °C	tц, °C	№	Действия

Пока нет измерений

Нажмите «Измерить» в эксперименте.

График

Ось XОсь Y₁Ось Y₂Вид графика

График появится после измерений

Ответ

Для 0,25 кг воды при 20 °C и цилиндра A массой 0,2 кг при 80 °C в изолированном сосуде дождитесь 600 с опыта. Сколько теплоты получила вода? Ответ в джоулях до сотен.

Вопрос для размышления

Почему теплота, полученная водой, растёт всё медленнее по мере сближения температур?

Нагревание воды

Q_{в} = c_{в} \cdot m_{в} \cdot (T_{в} - T_{в 0})

$Q_{в}$ — теплота, полученная водой (Дж);
$m_{в}$ — масса воды (кг);
$T_{в 0}$ , $T_{в}$ — начальная и текущая температуры (°C);
$c_{в} = 4200 Дж /(кг \cdot^{\circ} C)$ — удельная теплоёмкость воды.

Температура и запасённая энергия

Связь с охлаждением цилиндра

В изолированном сосуде энергия, полученная водой, равна энергии, отданной цилиндром:

Q_{в} = Q_{отд}