ОГЭ · Физика · МКТ и тепловые явления (задания 8, 21, 22)
Количество теплоты: нагрев, плавление, парообразование
Тепловые явления: нагревание, плавление, парообразование. В заданиях 8, 21 и 22 нужно выбрать правильную формулу количества теплоты и не перепутать удельную теплоёмкость с удельной теплотой плавления.
ℹ️ В первой части ОГЭ по физике (задания 1–16) ответом служат цифры или число, а задания 17–22 требуют записанного решения или объяснения — за один голый ответ там баллов не дают. Вопросов с ответом одним словом на экзамене нет, поэтому задания ниже помечены как тренировочные: физика в них настоящая, но формат экзаменационной линии они не воспроизводят.
- ⚠Путают удельную теплоёмкость c, теплоту плавления λ и парообразования L
- ⚠Думают, что при плавлении и кипении температура растёт
- ⚠Не переводят массу в килограммы
Тепловые явления и количество теплоты
Определение
Внутренняя энергия — энергия движения и взаимодействия частиц тела. Растёт при нагревании и при совершении работы над телом
| Нагрев / охлаждение | Q = c·m·(t₂ − t₁) |
|---|---|
| Плавление / кристаллизация | Q = λ·m |
| Парообразование / конденсация | Q = L·m |
| Сгорание топлива | Q = q·m |
| Тепловой баланс | Qотдано = Qполучено |
Четыре формулы количества теплоты и как их не перепутать
Всё зависит от того, что происходит с веществом. Если вещество только нагревается или остывает, не меняя состояния, работает формула Q = c·m·ΔT, где c — удельная теплоёмкость, а ΔT — разность температур. Если вещество плавится или кристаллизуется, температура при этом не меняется, и работает Q = λ·m, где λ — удельная теплота плавления. Если вещество испаряется или конденсируется — Q = L·m, где L — удельная теплота парообразования. Если сгорает топливо — Q = q·m, где q — удельная теплота сгорания. Различить их проще всего по единицам данных: Дж/(кг·°C) — это теплоёмкость и формула с ΔT; Дж/кг — это λ, L или q, и разности температур в формуле нет. Главная понятийная ловушка: при плавлении и кипении температура постоянна, хотя тепло продолжает подводиться. Энергия в этот момент идёт не на разгон молекул, а на разрушение связей между ними. Поэтому на графике температуры от времени появляются горизонтальные полочки, и это не ошибка эксперимента. И последнее: если в задаче несколько этапов (нагрели лёд, расплавили, нагрели воду), теплота считается для каждого этапа отдельно и потом складывается.
Направление теплообмена
- • нагревание
- • плавление
- • парообразование
- • охлаждение
- • кристаллизация
- • конденсация
| Удельная теплоёмкость воды | 4200 Дж/(кг·°C) — самая частая величина всей темы |
|---|---|
| Теплоёмкость льда и пара | лёд — 2100, водяной пар — 2200 Дж/(кг·°C) |
| Теплоёмкость металлов | алюминий 920, железо 460, медь 400, свинец 140 Дж/(кг·°C) |
| Удельная теплота плавления льда | 3,4 · 10⁵ Дж/кг (340 000 Дж/кг) |
| Удельная теплота парообразования воды | 2,3 · 10⁶ Дж/кг (2 300 000 Дж/кг) |
| Температуры перехода для воды | плавление льда 0 °C, кипение 100 °C при нормальном давлении |
| Удельная теплота сгорания | сухие дрова 1,3 · 10⁷, каменный уголь 2,7 · 10⁷, бензин 4,6 · 10⁷ Дж/кг |
| Как читать величину | Дж/(кг·°C) ⇒ формула с ΔT; Дж/кг ⇒ формула без ΔT |
Ловушка: при плавлении и кипении температура постоянна — энергия идёт на разрыв связей. Различай: c — удельная теплоёмкость, λ — теплота плавления, L — парообразования, q — сгорания топлива.
Три вида теплопередачи
• Теплопроводность — передача энергии при контакте (металлы проводят лучше).
• Конвекция — перенос тепла потоками жидкости/газа (нагретое поднимается).
• Излучение — перенос энергии волнами, идёт даже в вакууме.
Разбор примера
Разбор: простое нагревание
Какое количество теплоты нужно, чтобы нагреть 3 кг воды от 20 °C до 70 °C? Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°C).
Показать решение по шагам
- 1. Состояние вещества не меняется: вода была жидкой и осталась жидкой. Значит работает формула Q = c·m·ΔT.
- 2. Находим разность температур: ΔT = 70 − 20 = 50 °C. Именно разность, а не конечная температура.
- 3. Подставляем: Q = 4200 · 3 · 50.
- 4. Считаем по шагам: 4200 · 3 = 12 600; 12 600 · 50 = 630 000 Дж.
- 5. Записываем ответ: 630 000 Дж, или 630 кДж.
- 6. Проверка порядка: чтобы нагреть один килограмм воды на один градус, нужно 4200 Дж. У нас 3 кг и 50 градусов, то есть в 150 раз больше — 4200 · 150 = 630 000. Сходится.
Ответ: Ответ: 630 000 Дж
Разбор примера
Разбор: два этапа — нагревание и плавление
Какое количество теплоты нужно, чтобы расплавить 2 кг льда, взятого при температуре −10 °C? Удельная теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг·°C), удельная теплота плавления льда 3,4 · 10⁵ Дж/кг.
Показать решение по шагам
- 1. Задача состоит из двух этапов, и считать их надо отдельно.
- 2. Этап 1: нагреваем лёд от −10 °C до температуры плавления 0 °C. ΔT = 0 − (−10) = 10 °C.
- 3. Q₁ = c·m·ΔT = 2100 · 2 · 10 = 42 000 Дж. Обрати внимание: здесь используется теплоёмкость льда, а не воды.
- 4. Этап 2: плавим лёд при постоянной температуре 0 °C. Здесь формула без разности температур: Q₂ = λ·m.
- 5. Q₂ = 340 000 · 2 = 680 000 Дж.
- 6. Складываем: Q = 42 000 + 680 000 = 722 000 Дж, то есть 722 кДж.
- 7. Обрати внимание на соотношение: на само плавление ушло примерно в шестнадцать раз больше энергии, чем на нагрев. Разрушение кристаллической решётки — очень энергоёмкий процесс.
Ответ: Ответ: 722 000 Дж
Вопрос на проверку
Почему при плавлении льда температура смеси не растёт, хотя тепло подводится?
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.
Вопрос на проверку
В условии дана величина 3,4 · 10⁵ Дж/кг. По какой формуле её используют?
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.
Как считать без калькулятора. Числа тут крупные, но удобные. Приём первый: считай по частям — сначала c·m, потом умножай на ΔT. Приём второй: работай со степенями десяти. 3,4 · 10⁵ · 2 = 6,8 · 10⁵ = 680 000 — это быстрее, чем умножать столбиком. Приём третий: проверяй порядок величины. Нагрев килограмма воды на десяток градусов — это десятки килоджоулей; плавление килограмма льда — сотни килоджоулей; испарение килограмма воды — уже миллионы джоулей.
Разбор примера
Задание 8: уравнение теплового баланса
В калориметр с 200 г воды при 20 °C долили 100 г воды при 80 °C. Какой стала температура смеси? Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°C), потерями теплоты пренебречь.
Показать решение по шагам
- 1. Уравнение теплового баланса: сколько теплоты отдала горячая вода, столько получила холодная: Qотд = Qпол.
- 2. Записываем обе части через искомую температуру t: c·m₁·(t − 20) = c·m₂·(80 − t). Теплоёмкость сокращается, потому что вещество одно и то же.
- 3. Подставляем массы в килограммах: 0,2·(t − 20) = 0,1·(80 − t) → 0,2t − 4 = 8 − 0,1t → 0,3t = 12 → t = 40 °C.
- 4. Проверка: результат обязан лежать между 20 и 80 °C и быть ближе к температуре большей массы — так и получилось (40 °C ближе к 20 °C). Если ответ вне этого коридора, в уравнении перепутаны знаки разностей.
Ответ: 40 °C
Разбор примера
Задание 21: расчётная задача на тепло и электричество
Электрический чайник мощностью 1500 Вт нагревает 1,5 кг воды от 20 °C до 100 °C. Определите время нагревания, считая КПД чайника равным 100 %. Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°C). Приведите полное решение.
Показать решение по шагам
- 1. Дано: P = 1500 Вт; m = 1,5 кг; t₁ = 20 °C; t₂ = 100 °C; c = 4200 Дж/(кг·°C). Найти: τ.
- 2. Законы и формулы: количество теплоты на нагревание Q = cm(t₂ − t₁) и работа тока A = Pτ. При КПД 100 % A = Q.
- 3. Считаем теплоту: Q = 4200 · 1,5 · 80 = 504 000 Дж.
- 4. Находим время: τ = Q / P = 504 000 / 1500 = 336 с ≈ 5,6 мин.
- 5. Проверка и ответ: около шести минут на полтора литра — примерно так и греет настоящий чайник, значит, порядок верный. Ответ: τ = 336 с. Эксперт линии 21 ждёт, что оба закона названы и что подстановка выписана.
Ответ: τ = 336 с ≈ 5,6 мин
Разбор примера
Задание 22: комбинированная задача — механика и тепло
Свинцовая пуля летит со скоростью 200 м/с и попадает в неподвижную преграду. Считая, что вся кинетическая энергия пули превращается в её внутреннюю энергию, определите, на сколько повысится температура пули. Удельная теплоёмкость свинца 140 Дж/(кг·°C). Приведите полное решение.
Показать решение по шагам
- 1. Дано: v = 200 м/с; c = 140 Дж/(кг·°C). Найти: Δt. Массы в условии нет — значит, она сократится, и это подсказка к ходу решения.
- 2. Первый раздел — механика: кинетическая энергия пули E = mv² / 2.
- 3. Второй раздел — тепловые явления: нагревание тела Q = cmΔt.
- 4. Соединяем по условию: E = Q, то есть mv² / 2 = cmΔt. Масса сокращается: Δt = v² / (2c).
- 5. Вычисление: Δt = 200² / (2 · 140) = 40 000 / 280 ≈ 143 °C.
- 6. Проверка: свинец плавится при 327 °C, значит, пуля нагреется сильно, но не расплавится — результат осмысленный. Ответ: примерно на 143 °C.
Ответ: Δt ≈ 143 °C
Разбор примера
Протокол опыта (формат задания 17): удельная теплоёмкость вещества
Опыт на реальном оборудовании: определить удельную теплоёмкость металлического цилиндра методом смешения. Оборудование: калориметр, электронные весы (предел не менее 200 г), термометр (цена деления 1 °C), стакан с горячей водой, стальной цилиндр комплекта № 1 массой (195 ± 2) г.
Показать решение по шагам
- 1. Что берут: калориметр с холодной водой, металлический цилиндр, весы, термометр, стакан с кипятком.
- 2. Что делают: цилиндр держат в кипятке 5 минут, чтобы он принял её температуру, затем быстро переносят в калориметр с водой известной массы и следят за термометром до наибольшего показания.
- 3. Что наблюдают: mц = (195 ± 2) г; mв = (150 ± 1) г; tц = (98 ± 1) °C; tв = (20 ± 1) °C; общая температура t = (26 ± 1) °C.
- 4. Расчётная формула: из уравнения теплового баланса cц·mц·(tц − t) = cв·mв·(t − tв), отсюда cц = cв·mв·(t − tв) / (mц·(tц − t)).
- 5. Вычисление: cц = 4200 · 0,150 · 6 / (0,195 · 72) = 3780 / 14,04 ≈ 270 Дж/(кг·°C). Табличное значение для стали — 460 Дж/(кг·°C).
- 6. Погрешность и вывод: расхождение объясняется главным образом потерями теплоты при переносе цилиндра и нагревом самого калориметра, а также грубостью термометра: разность (t − tв) = 6 °C известна с точностью ±2 °C, то есть до 33 %. Вывод: метод смешения даёт порядок величины, и для точного результата нужен калориметр с известной теплоёмкостью.
Ответ: c ≈ 270 Дж/(кг·°C) при табличных 460 — потери теплоты занижают результат
ℹ️ Спецификация КИМ ОГЭ-2026, раздел 11: экспериментальное задание 17 проверяет косвенные измерения восьми величин, и среди них «жёсткости пружины; момента силы, действующей на рычаг; работы силы трения». Задание стоит 3 балла и 30 минут, то есть шестую часть экзамена.
Задание №8 в формате экзамена
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.
Задание №8 в формате экзамена
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.
Задание №21 в формате экзамена
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.
Задание №для самопроверки в формате экзамена
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.
Задание №8 в формате экзамена
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.