Какой из шаров, медный или стальной, потребует больше теплоты для его нагревания, когда они опущены в кипяток?

Viktoriya

69

Когда мы опускаем шары в кипяток, необходимо учитывать тепловую емкость каждого материала, так как она является мерой способности вещества поглощать или отдавать тепло. Посмотрим на свойства меди и стали, чтобы определить, какой шар потребует больше теплоты для нагревания.

Медь имеет более высокую тепловую проводимость и тепловую емкость по сравнению со сталью. Это означает, что медь способна поглощать и передавать тепло гораздо лучше, чем сталь. Тепловая емкость меди составляет около 0,39 Дж/(г ∙ °C), тогда как для стали она составляет около 0,46 Дж/(г ∙ °C).

Теперь давайте рассмотрим, какие изменения будут происходить при погружении шаров в кипяток. Оба шара будут нагреваться до температуры кипения воды (100 °C). Для удобства предположим, что оба шара изначально имеют одинаковую температуру, равную комнатной (например, 25 °C).

Когда медный шар опускается в кипяток, он будет поглощать теплоту от кипящей воды. При этом он будет нагреваться от начальной комнатной температуры до 100 °C, используя его тепловую емкость. Теплота, необходимая для нагревания медного шара, рассчитывается по формуле:

\[Q = m \cdot C \cdot \Delta T\]

Где:
Q - количество теплоты, измеряемое в джоулях,
m - масса шара,
C - тепловая емкость материала,
\(\Delta T\) - изменение температуры.

Аналогично, для стального шара:

\[Q = m \cdot C \cdot \Delta T\]

Так как масса и изменение температуры равны для обоих шаров в данной задаче, мы можем сравнить только их тепловые емкости.

Отношение тепловых емкостей меди и стали можно выразить следующим образом:

\[\frac{{C_\text{медь}}}{{C_\text{сталь}}} = \frac{{0,39}}{{0,46}} \approx 0.85\]

Итак, медный шар требует примерно на 15% меньше теплоты для его нагревания по сравнению со стальным шаром. В других словах, медный шар потребует примерно в \(0.85\) раза меньше теплоты, чем стальной шар.

Это объясняется тем, что медь обладает более высокой тепловой емкостью, что означает, что она может поглотить больше теплоты на единицу массы, и, следовательно, ей потребуется меньше теплоты для того, чтобы нагреться на определенное количество градусов по сравнению со сталью.