Присоединиться

11 класс·высокий уровень

Чему равна средняя мощность теплоотдачи чайника во внешнюю среду за

Условие

Согласно предположению И. Ньютона, которое он проверил экспериментально, тепловая мощность, отдаваемая нагретым до температуры Т телом в окружающую среду с более низкой температурой Т₀, пропорциональна разности температур тела и среды. Отсюда следует, что скорость охлаждения тела dTdt=−k(T−T0)\frac{dT}{dt} = - k ( T - T_0 ) Это уравнение можно решать численно, действуя следующим образом. Разобьем время охлаждения тела на одинаковые интервалы Δt,\Delta t, в течение каждого из которых будем считать разность температур T_i − T₀ постоянной. Затем найдем величину ΔTi=–k(Ti−T0)Δt\Delta T_i = –k ( T_i - T_0 ) \Delta t — это изменение температуры тела за интервал времени Δt\Delta t Продолжая такую процедуру, можно определить ход зависимости T(t).Пусть стальной чайник с кипятком общей массой m = 3 кг остывает от 100 °С до примерно 40 °С в воздухе с температурой Т₀ = 20 °С. Выберем Δt\Delta t = 4 мин. Удельная теплоемкость чайника вместе с водой равна c = 3000 Дж/ кг⋅К,кг \cdot К, коэффициент k = 0,05 мин⁻¹. Рассчитайте, чему будет равна температура чайника через 4 мин., 8 мин., 12 мин. и так далее с момента начала остывания до момента достижения конечной температуры.1. Постройте по найденным точкам график зависимости температуры T чайника от времени t. 2. За какое время t₀ чайник остынет от 100 °С до примерно 40 °С? 3. Чему равна средняя мощность теплоотдачи чайника во внешнюю среду за время остывания t₀? Поясните ответы на эти вопросы, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали при решении задачи.

Рисунок к задаче

Формат задания

Развёрнутый ответ: короткого ответа здесь нет — оценивается само рассуждение. Разбор откроется после входа.

Решение по шагам

  1. Как рассуждать

    Согласно условию задачи, в течение первых четырех минут остывания разность температур чайника и воздуха можно считать равной T_н − T₀ = 100 °C − 20 °C = 80 °C, так что ΔT1=−k(Tн−T0)Δt=−0,05⋅4⋅80=−16∘С,\Delta T_1 = - k ( T_н - T_0 ) \Delta t = - 0,05 \cdot 4 \cdot 80 = - 16^{\circ}С , а температура чайника в конце первого интервала равна T1=Tн+ΔT1=84∘СT_1 = T_н + \Delta T_1 = 84^{\circ}С В течение второго интервала остывания разность температур чайника и воздуха можно считать равной T1−T0=84∘С−20∘С=64∘С,T_1 - T_0 = 84^{\circ}С - 20^{\circ}С = 64^{\circ}С, так что ΔT2=−k(T1−T0)Δt=−0,05⋅4⋅64=−12,8∘С,\Delta T_2 = - k ( T_1 - T_0 ) \Delta t = - 0,05 \cdot 4 \cdot 64 = - 12,8^{\circ}С, а температура чайника в конце первого интервала равна T2=T1+ΔT2=71,2∘СT_2 = T_1 + \Delta T_2 = 71,2^{\circ}С [рисунок]

Осталось ещё 2 шага

  1. | Продолжим расчет, занося результаты в…

  2. Строим график T(t). Таким образом, чайник…

Получить полное решение

Бесплатно · займёт минуту

Другие задачи по теме «МКТ — квантовая физика, качественная задача»