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在野外施工中,需要使质量为4.2kg的铝合金构件升温.除了保温瓶中尚存有温度为90℃、质量为1.2kg的热水外,无其他热源.已知铝合金的比热容C=0.88×103J/(kg-℃),水的比热容c0=4.2×10
题目详情
在野外施工中,需要使质量为4.2kg的铝合金构件升温.除了保温瓶中尚存有温度为90℃、质量为1.2kg的热水外,无其他热源.已知铝合金的比热容C=0.88×10 3 J/(kg-℃),水的比热容c0=4.2×10 3 J/(kg-℃),铝合金构件原来温度为10℃,不计向周围环境散失的热量. (1)将铝合金置于质量为1.2kg的热水中,热平衡时温度是多少?若将热水分成相等的两部分,分别加热铝合金,铝合金温度又能达到多少? (2)要使铝合金构件的温度达到66℃,应怎样操作?试提出一个方案,并通过计算验证你的方案. |
▼优质解答
答案和解析
(1)将热水全部与铝合金加热,设最后的平衡温度为t′, 由Q 放 =Q 吸 可得:c 0 m 0 (t-t′)=cm(t′-t 0 ), 即:4.2×10 3 J×1.2kg×(90℃-t′)=0.88×10 3 J×4.2kg×(t′-10℃) 解得:t′≈56.2℃, 将热水分成相等的两部分,先用一部分热水加热铝合金,设平衡温度为t 1 , 由Q 放 =Q 吸 可得:c 0
即:4.2×10 3 J×
解得:t 1 =42.43℃, 用另一部分热水加热铝合金,设平衡温度为t 2 , 由Q 放 =Q 吸 可得:c 0
即:4.2×10 3 J×
解得:t 1 =61.7℃. 答:将铝合金置于质量为1.2kg的热水中,热平衡时温度是56.2℃;若将热水分成相等的两部分,分别加热铝合金,铝合金温度又能达到61.7℃. (2)操作方案:将保温瓶中t=90℃的热水分若干次倒出来. 第一次先倒出一部分,与温度为t 0 =10℃的构件充分接触,并达到热平衡,构件温度升高到t 1 ; 将这部分温度为t 1 的水倒掉,再从保温瓶倒出一部分热水,再次与温度为t 1 的构件接触,并达到热平衡,此时构件的温度升高到t 2 ; 再将这些温度为t 2 的热水倒掉,然后再从保温瓶倒出一部分热水来使温度为t 2 的构件升温,…. 直到最后一次将剩余的热水倒出来与构件接触,达到热平衡,最终就可使构件的温度达到所要求的值; 验证:如将1.2kg热水分5次倒出,每次倒出m 0 =0.24kg,在第一次使热水与构件达到热平衡的过程中: Q 1 =c 0 m 0 (t-t 1 ),Q 1 ′=cm(t 1 -t 0 ) ∵Q 1 =Q 1 ′ ∴c 0 m 0 (t-t 1 )=cm(t 1 -t 0 ) 即:4.2×10 3 J×0.24kg×(90℃-t 1 )=0.88×10 3 J×4.2kg×(t 1 -10℃) 解得:t 1 ≈27.1℃, 同理:t 2 ≈40.6℃,…,t 5 ≈66.0℃. |
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