Металлический цилиндр вынимают из кипятка и погружают в калориметр с водой, температура которой 20 градусов....

Чтобы определить, из какого материала должен быть изготовлен металлический цилиндр, чтобы установившаяся температура содержимого калориметра была выше, нужно рассмотреть теплопроводность материалов и их теплоемкость.

Когда цилиндр, нагретый до температуры кипения воды (100 °C), помещается в калориметр с водой при температуре 20 °C, происходит теплообмен между цилиндром и водой до тех пор, пока не установится тепловое равновесие. Установившаяся температура зависит от того, сколько тепла теряет цилиндр и сколько тепла получает вода.

1. Теплоемкость: Разные материалы имеют разную теплоемкость, то есть разные способности к накоплению тепла. Чем выше теплоемкость, тем больше энергии материал может поглотить, не изменяя своей температуры сильно.

   • Алюминий: теплоемкость около 900 Дж/(кг·К)
   • Медь: теплоемкость около 385 Дж/(кг·К)
   • Железо: теплоемкость около 450 Дж/(кг·К)
   • Олово: теплоемкость около 210 Дж/(кг·К)

2. Теплопроводность: Это способность материала проводить тепло. Чем выше теплопроводность, тем быстрее тепло передается от одного тела к другому. Изучая теплопроводность, можно понять, как быстро цилиндр будет передавать тепло в воду.

   • Алюминий: высокая теплопроводность
   • Медь: очень высокая теплопроводность
   • Железо: умеренная теплопроводность
   • Олово: низкая теплопроводность

Теперь, когда цилиндр помещается в воду, он будет передавать тепло в воду. Если материал цилиндра имеет высокую теплоемкость, он будет медленно отдавать тепло, что может привести к более высокой конечной температуре воды, поскольку вода будет получать меньше тепла за единицу времени.

Из рассмотренных вариантов, олова обладает самой низкой теплоемкостью и теплопроводностью. Таким образом, цилиндр из олова будет медленно отдавать тепло, что позволит воде нагреваться более эффективно, и установившаяся температура будет выше по сравнению с другими материалами.

Таким образом, ответ на ваш вопрос: цилиндр должен быть изготовлен из олова.

Для ответа на этот вопрос нужно учитывать теплоемкость различных материалов и их способность передавать тепло воде в калориметре. Давайте разберем этот процесс детально.

Основные принципы

Когда горячий металлический цилиндр помещают в калориметр с водой, происходит теплообмен. Металл остывает, отдавая тепло, а вода нагревается, принимая это тепло. Установившаяся температура системы (металл + вода) будет зависеть от следующих факторов:

1. Масса и теплоемкость металла: Чем больше теплоемкость металла, тем больше тепла он может отдать при остывании.
2. Масса и теплоемкость воды: Чем меньше масса воды или больше ее начальная температура, тем меньше тепла потребуется воде для нагрева.
3. Начальная температура металла: В данном случае металл из кипятка, значит его температура близка к 100 °С.

Формула теплового баланса

Тепловой баланс определяется уравнением:

[ Q{\text{металл}} = Q{\text{вода}} ]

Где:

• ( Q{\text{металл}} = m{\text{мет}} \cdot c{\text{мет}} \cdot (T{\text{нач}} - T_{\text{уст}}) ) — тепло, отданное металлом,
• ( Q{\text{вода}} = m{\text{вода}} \cdot c{\text{вода}} \cdot (T{\text{уст}} - T_{\text{нач}}) ) — тепло, полученное водой.

Здесь:

• ( m ) — масса,
• ( c ) — удельная теплоемкость,
• ( T{\text{нач}} ) и ( T{\text{уст}} ) — начальная и установившаяся температуры.

Удельные теплоемкости материалов

Удельная теплоемкость ( c ) показывает, сколько тепла нужно для нагрева 1 кг вещества на 1 °С. Для различных материалов в таблице ниже:

Анализ

Из таблицы видно, что алюминий имеет самую высокую удельную теплоемкость среди предложенных материалов. Это означает, что он способен "запасать" больше тепла при нагреве до одной и той же температуры. Следовательно, при погружении в воду он отдаст больше тепла, чем другие материалы при той же массе.

В результате, вода в калориметре нагреется сильнее, а установившаяся температура всей системы будет выше. Металлы с меньшей теплоемкостью (например, олово) отдадут меньше тепла, и температура системы будет ниже.

Ответ

Чтобы установившаяся температура содержимого калориметра была выше, цилиндр должен быть изготовлен из алюминия.

Правильный ответ: А. Из алюминия.