В большом сосуде с водой находится кусок льда с вмороженным в него маленьким стальным шариком и тонкой легкой невесомой нитью. Кусок
погружен в воду полностью и прикреплен с конца нити ко дну
сосуда. В сосуде находится нагреватель постоянной мощности. Вся система
теплоизолирована и находится в начальный момент времени в тепловом
равновесии. На графике представлена зависимость силы натяжения нити Т от времени t с
момента включения нагревателя. Плотность воды 1000 кг/м3
, плотность льда 900 кг/м3
,
плотность стали 7800 кг/м3
, удельная теплота плавления льда 334 кДж/кг, g = 10 Н/кг.
Найдите:
1) мощность нагревателя N;
2) массу льда m0 в начале эксперимента;
3) изменение V объема системы (вода +кусок льда с шариком) за время от начала
эксперимента до момента, когда сила натяжения нити Т обратилась в нуль.
На это потребуется 680 кДж.
Горячая вода может остыть только до 0, отдав при этом 378 кДж. С учетом потерь - 341 кДж
Значит весь лед растопить не удастся.
Для нагревания на 5 градусов 2 кг льда нужно 2100*2*5=21 кДж (уд. теплоемкость льда 2100 Дж/(кг*К) )
Вся остальная теплота (341-21=320 кДж) уйдет на плавление части льда.
Расплавить мы сумеем 320/340=0.94 кг льда.
В результате получим равновесную систему лед+вода при температуре 0 градусов, в которой будет 1,94 кг воды и 1,06 кг льда
2) hν=A+mV^2/2=hc/λ, mV^2=(hc/λ-A)*2, V^2=((hc/λ-A)*2)/m осталось из последнего выражения извлечь корень квадратный, не забудьте перевести эВ в Джоули, 1эВ=0,00036Дж у нас 4 эВ=4*0,00036=0,00144Дж, 200нм=200*10^-9м. постоянная Планка 6,62*10^-34Дж*с
3) оптическая сила линзы D=H/h=f/d, где Н -размер изображения, h- размер предмета, f- расстояние от линзы до изображения? d- расстояние от линзы до предмета, учитывая, что расстояние наилучшего зрения h=25 см=0.25 м, находим H=D*h=50*0.25=12.5м
4) красная граница фотоэффекта А=hν(min), отсюда ν(min)=A/h=4.59*0.00036/6.62*10^-34=2.5*10^34 Гц