Номер 3, страница 155 - гдз по физике 7 класс учебник Исаченкова, Громыко

3. Почему в опыте, отражённом на рисунке 243, мы использовали металлический шарик? Какой плотности металл здесь предпочтительнее? Почему?

Почему в опыте, отраженном на рисунке 243, мы использовали металлический шарик?

В опыте по изучению тепловых явлений (вероятнее всего, по определению удельной теплоемкости вещества с помощью калориметра) металлический шарик используется по ряду ключевых причин:
1. Высокая теплопроводность. Металлы являются отличными проводниками тепла. Это свойство гарантирует, что шарик прогреется равномерно по всему объему до заданной начальной температуры, а затем быстро и эффективно передаст накопленное тепло воде в калориметре. Быстрая теплопередача сокращает время эксперимента и, следовательно, уменьшает тепловые потери в окружающую среду, что повышает точность измерений.
2. Химическая инертность. Металлы, такие как сталь, медь, алюминий, которые обычно используются в школьных лабораториях, не вступают в химическую реакцию с водой даже при нагревании. Это гарантирует, что в ходе опыта происходит только физический процесс теплообмена, без выделения или поглощения тепла за счет химических реакций.
3. Высокая плотность. Плотность металлов значительно выше плотности воды. Благодаря этому шарик полностью тонет в воде, обеспечивая максимальную площадь контакта для теплообмена и наиболее полную передачу тепла от шарика к воде.

Ответ: Металлический шарик используется из-за его высокой теплопроводности, что обеспечивает быстрый и полный теплообмен; химической инертности по отношению к воде; и высокой плотности, благодаря которой он полностью погружается в воду.

Какой плотности металл здесь предпочтительнее? Почему?

В данном опыте предпочтительнее использовать металл с большей плотностью.

Цель эксперимента — измерить изменение температуры воды, вызванное остыванием в ней горячего шарика. Чтобы результат был как можно более точным, это изменение температуры должно быть достаточно большим, чтобы его можно было надежно зафиксировать термометром, минимизируя относительную погрешность измерения.

Количество теплоты $Q$, которое отдает шарик, определяется формулой: $Q = c \cdot m \cdot \Delta t$, где $c$ – удельная теплоемкость металла, $m$ – его масса, а $\Delta t$ – изменение его температуры.

Масса шарика, в свою очередь, связана с его плотностью $\rho$ и объемом $V$ соотношением $m = \rho \cdot V$. Подставив это в первую формулу, получим: $Q = c \cdot \rho \cdot V \cdot \Delta t$.

Если мы сравниваем шарики одинакового размера (то есть с одинаковым объемом $V$), то шарик из металла с большей плотностью $\rho$ будет иметь большую массу $m$. При прочих равных условиях (одинаковая начальная температура и удельная теплоемкость), тело с большей массой способно накопить и передать большее количество теплоты $Q$. Большее количество переданной теплоты вызовет более значительное изменение температуры воды в калориметре. Это, в свою очередь, позволяет провести измерения с большей точностью.

Таким образом, использование металла с высокой плотностью (например, стали или меди вместо алюминия) позволяет повысить точность экспериментальных результатов.

Ответ: Предпочтительнее использовать металл с большей плотностью. Это связано с тем, что при одинаковом объеме шарик из более плотного материала будет обладать большей массой. Шарик с большей массой сможет передать воде большее количество теплоты, что вызовет более значительное и, следовательно, более точно измеряемое изменение температуры воды.