«Чайник для большой семьи». Ситуация: Вы решили вскипятить воду в электрочайнике. В него налито 1,5 литра воды при комнатной температуре (20 °C). Удельная теплоёмкость воды c=4200 Дж/(кг·°C). Плотность воды ρ=1000 кг/м³. Вопрос: Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы вода закипела (100 °C)? Практический смысл: Зная это, можно примерно оценить, сколько электроэнергии потратит чайник (1 кВт·ч = 3,6 МДж).
Объём
Масса воды:
Количество теплоты:
Электроэнергия:
Q = cmΔt — количество теплоты, необходимое для нагревания тела.
Q =
«Горячая ванна». Ситуация: Чтобы принять ванну, вы наливаете 100 литров горячей воды при 60 °C и добавляете 50 литров холодной воды при 10 °C. Удельная теплоёмкость воды c=4200 Дж/(кг·°C). Вопрос: Какая температура установится в ванне, если пренебречь потерями тепла в окружающую среду? Практический смысл: Именно так рассчитывают температуру смеси, чтобы не обжечься.
Массы:
Уравнение теплового баланса:
Горячая вода отдаёт столько теплоты, сколько получает холодная.
≈
«Почему сковородка греется быстрее воды?» Ситуация: На плиту поставили чугунную сковороду массой 2 кг и кастрюлю с 2 кг воды. Им сообщили одинаковое количество теплоты — 100 кДж. Удельная теплоёмкость чугуна c=540 Дж/(кг·°C), воды c=4200 Дж/(кг·°C). Начальная температура обоих — 20 °C. Вопрос: На сколько градусов нагреется сковорода и на сколько — вода? Практический смысл: Это объясняет, почему металлическая посуда нагревается мгновенно, а вода — медленно. У металлов низкая удельная теплоёмкость.
Сковорода:
Вода:
У чугуна теплоёмкость меньше, поэтому при той же теплоте он нагревается сильнее.
Сковорода нагреется примерно на
«Экономия горячей воды». Ситуация: Вы принимаете душ и хотите смешать горячую воду (70 °C) с холодной (10 °C), чтобы получить 40 литров воды комфортной температуры 40 °C. Удельная теплоёмкость воды c=4200 Дж/(кг·°C). Вопрос: Сколько литров горячей и сколько холодной воды нужно взять? Практический смысл: Это помогает экономить горячую воду и деньги.
Пусть горячей воды
Холодной:
Температура
«Аккумулятор тепла в доме». Ситуация: В системе отопления дома установлен теплоаккумулятор — бак с 500 литрами воды. Ночью (по дешёвому тарифу) воду нагрели до 90 °C. Днём вода остывает до 50 °C, отдавая тепло в дом. Удельная теплоёмкость воды c=4200 Дж/(кг·°C). Вопрос: Какое количество теплоты отдаст вода при остывании? Практический смысл: Это позволяет запасать тепло ночью и использовать днём, экономя на отоплении. (1 кВт·ч = 3,6 МДж)
Масса воды:
В кВт·ч:
При остывании вода отдаёт теплоту
Q =
