Для решения задачи о расплавлении свинца необходимо учесть несколько этапов: сначала нагревание свинца до его температуры плавления, а затем собственно процесс плавления. Давайте рассмотрим это поэтапно.
Дано:
- Масса свинца ((m)) = 500 грамм = 0.5 кг
- Начальная температура ((T_{\text{нач}})) = 20°C
- Температура плавления свинца ((T_{\text{плав}})) = 327.5°C
- Удельная теплоёмкость свинца ((c)) = 130 Дж/(кг·°C)
- Удельная теплота плавления свинца ((L)) = 24,5 кДж/кг = 24500 Дж/кг
1. Нагревание свинца до температуры плавления
Сначала необходимо определить количество теплоты, требуемое для нагрева свинца от 20°C до 327.5°C. Это количество теплоты рассчитывается по формуле:
[ Q_1 = mc\Delta T ]
где:
- (m) — масса свинца,
- (c) — удельная теплоёмкость свинца,
- (\Delta T) — изменение температуры.
Подставим известные значения:
[ \Delta T = T{\text{плав}} - T{\text{нач}} = 327.5 - 20 = 307.5 \, \text{°C} ]
Теперь подставим все значения в формулу:
[ Q_1 = 0.5 \, \text{кг} \times 130 \, \text{Дж/(кг·°C)} \times 307.5 \, \text{°C} ]
[ Q_1 = 0.5 \times 130 \times 307.5 ]
[ Q_1 = 20037.5 \, \text{Дж} ]
2. Плавление свинца
Теперь необходимо определить количество теплоты, требуемое для плавления свинца при его температуре плавления. Это количество теплоты рассчитывается по формуле:
[ Q_2 = mL ]
где:
- (L) — удельная теплота плавления.
Подставим значения:
[ Q_2 = 0.5 \, \text{кг} \times 24500 \, \text{Дж/кг} ]
[ Q_2 = 12250 \, \text{Дж} ]
3. Общее количество теплоты
Общее количество теплоты, требуемое для нагревания и плавления свинца, будет суммой этих двух количеств:
[ Q_{\text{общ}} = Q_1 + Q_2 ]
[ Q_{\text{общ}} = 20037.5 \, \text{Дж} + 12250 \, \text{Дж} ]
[ Q_{\text{общ}} = 32287.5 \, \text{Дж} ]
Ответ:
Для того чтобы нагреть и расплавить кусок свинца массой 500 грамм, находящийся при температуре 20°C, потребуется 32287.5 Дж (или примерно 32.3 кДж) теплоты.