Медный железный и алюминиевый шарики одинаковой массы нагрели в кипятке а затем вынули и положили на...

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно рассмотреть теплофизические свойства материалов шариков: меди, железа и алюминия. Основными характеристиками, которые определяют, сколько льда растопит каждый из шариков, являются их теплоемкость и температура.

Факторы, влияющие на плавление льда

1. Количество тепла, переданное льду: Это определяется по формуле: [ Q = c \cdot m \cdot \Delta T ] где:

   • (Q) — количество переданного тепла,
   • (c) — удельная теплоемкость материала шарика,
   • (m) — масса шарика,
   • (\Delta T) — разность температур между нагретым шариком и льдом (в данном случае, это разность между температурой кипятка (100^\circ C) и температурой льда (0^\circ C)).

2. Плавление льда: Лёд начнет плавиться, когда тепло, переданное шариком, достигнет достаточной величины. На плавление льда тратится энергия, пропорциональная его удельной теплоте плавления (( \lambda )), по формуле: [ Q = \lambda \cdot m{\text{льда}} ] где (m{\text{льда}}) — масса льда, который растаял.

Таким образом, чем больше тепла ((Q)) шарик передаст льду, тем большее количество льда растает.

Удельные теплоемкости материалов

Удельная теплоемкость ((c)) — это величина, показывающая, какое количество тепла нужно, чтобы нагреть 1 кг вещества на (1^\circ C). Вот значения для трех материалов:

• Медь: (c_{\text{медь}} = 390 \, \text{Дж/(кг·К)}),
• Железо: (c_{\text{железо}} = 460 \, \text{Дж/(кг·К)}),
• Алюминий: (c_{\text{алюминий}} = 900 \, \text{Дж/(кг·К)}).

Анализ

Все три шарика имеют одинаковую массу и были нагреты до одной и той же температуры ((100^\circ C)). Однако, из-за различий в удельной теплоемкости, их способность передавать тепло льду будет разной.

1. Медный шарик: У меди самая низкая удельная теплоемкость ((390 \, \text{Дж/(кг·К)})). Это значит, что при одинаковой массе медный шарик содержит меньше тепловой энергии, чем железный или алюминиевый шарики. Следовательно, он растопит меньше льда.

2. Железный шарик: Удельная теплоемкость железа ((460 \, \text{Дж/(кг·К)})) выше, чем у меди, но ниже, чем у алюминия. Таким образом, железный шарик передаст льду больше тепла, чем медный, но меньше, чем алюминиевый.

3. Алюминиевый шарик: У алюминия самая высокая удельная теплоемкость ((900 \, \text{Дж/(кг·К)})). Это означает, что алюминиевый шарик содержит больше тепловой энергии при той же массе и температуре. Следовательно, он растопит наибольшее количество льда.

Вывод

Наибольшее количество льда растопит алюминиевый шарик, так как он обладает самой высокой удельной теплоемкостью, а значит, способен передать льду больше тепла. Медный шарик растопит меньше всего льда, а железный займет промежуточное положение.

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть теплопроводность и теплоемкость различных материалов, а также процесс, происходящий при взаимодействии шариков с льдом.

1. Теплоемкость материалов:

   • Медный шарик имеет высокую теплоемкость и проводимость, что позволяет ему быстро передавать тепло.
   • Алюминиевый шарик также имеет хорошую теплоемкость, но чуть менее эффективен по сравнению с медью.
   • Железный шарик имеет меньшую теплоемкость, чем медный и алюминиевый.

2. Температура шариков: Все три шарика были нагреты в кипятке, поэтому их температура будет примерно одинаковой, около 100 °C, когда их вынули из воды.

3. Процесс взаимодействия с льдом: Когда нагретые шарики помещаются на лед, они начинают передавать тепло льду, что вызывает его плавление. Количество льда, которое расплавится, зависит от количества тепла, переданного от шарика к льду.

4. Количество передаваемого тепла: Количество тепла, передаваемое от шарика к льду, может быть рассчитано по формуле: [ Q = mc\Delta T ] где ( Q ) — количество тепла, ( m ) — масса шарика (в данном случае одинаковая для всех), ( c ) — удельная теплоемкость материала, а ( \Delta T ) — изменение температуры.

При этом, поскольку шарики имеют одинаковую массу, наибольшее количество теплоты будет передано тем материалом, который имеет наибольшую теплоемкость и лучший теплопровод.

1. Сравнение:
   • Медный шарик передаст больше тепла, чем алюминиевый и железный, так как его высокая теплоемкость и теплопроводность позволяют эффективно передавать тепло.
   • Алюминиевый шарик, хотя и менее эффективен, чем медный, все же будет более эффективным, чем железный.
   • Железный шарик, имея наименьшую теплоемкость, будет передавать тепло наименьшим образом.

Таким образом, медный шарик расплавит больше всего льда, за ним будет алюминиевый, а железный шарик расплавит наименьшее количество льда.

Вывод: Наибольшее количество льда расплавится под медным шариком, затем под алюминиевым, и наименьшее — под железным.

Шарик, который растопит больше льда, будет сделан из меди. Это связано с тем, что медь имеет наибольшую теплопроводность и теплоемкость среди перечисленных материалов, что позволит ей передать больше тепла льду, вызывая его таяние.