Важнейшей проблемой в обучении физике является развитие самостоятельности учащихся при решении задач, т. к. умение решать задачи является одним из основных показателей не только глубины усвоения учебного материала по физике, но и уровня развития мышления учащихся.

Среди законов физики, есть такие, которые очень широко применяются в описании поведения тех или иных систем. Одним из таких законов и является закон сохранения энергии в тепловых процессах: то есть энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно. Она только переходит из одной формы в другую и если теплообмен и совершаемая работа происходит только между телами данной системы, то эта система называется изолированной. Для такой системы изменение внутренней энергии равно нулю и суммарная работа в системе тоже равна нулю, соответственно равно нулю и суммарное количество отданного и полученного телами тепла. Для любой изолированной системы при любых изменениях внутри нее внутренняя энергия остается неизменной.

Процессы теплообмена в замкнутой системе тел могут приводить к охлаждению одних тел, нагреванию других, изменению фазового состояния тел системы. Однако при любых процессах в таких системах полное количество тепла остается неизменным. Поэтому выполняется закон сохранения энергии, называемой в этом случае тепловым балансом: количество тепла, отданное всеми остывшими телами, равно количеству тепла, полученному всеми нагревающимися телами.

При решении такого рода задач следует: 1. Из анализа условия задачи установить какие тела в ходе каких процессов обмена теплом образуют изолированную систему. 2. Определить какие тела, в ходе каких процессов отдают тепло. Вычислить отданные теплоты для каждого тела, используя формулы: Q1 = -r m - при конденсации; Q2 = с m (t2 t1) - при охлаждении; Q3 = -λm - при затвердении. 3. Определить какие тела, в ходе каких процессов получают тепло. Вычислить полученные теплоты для каждого тела, используя формулы: Q4 =λm - при плавлении; Q5 = с m (t2-t1) - при нагревании; Q6 =rm - при кипении. 4. На основании закона сохранения тепловой энергии в замкнутой системе приравнять всю отданную телами теплоту всей полученной теплоте и составить уравнение теплового баланса: Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=0 5. Решить это уравнение, выражая побочные неизвестные из дополнительных данных задачи.

В латунный сосуд массой 0,2 кг содержащий 0,4 кг анилина при температуре 10 С долили о,4 кг анилина при температуре 31 С. Найти удельную теплоемкость анилина, если в сосуде установилась температура 20 С. Удельная теплоемкость латуни 0,4 к Дж/ кг С.

В сосуд объемом V с теплонепроницаемыми стенками заполненный газом с молярной массой м и температурой Т и давлением р, внесен медный шарик массой m и температурой Т меди. Какая температура установится в сосуде?

В стеклянный сосуд массой 120 г и температурой 20 С налили горячую воду массой 200 г при температуре 100 С. Спустя 5 минут установилась температура 40 С. Теряемое в единицу времени количество теплоты постоянно. Какое количество теплоты терялось в единицу времени?

Ванну объемом 100 л необходимо заполнить водой, имеющей температуру 30 С, имея воду при температуре 80 С и лед при температуре -20 С. Найти массу льда, который придется положить в ванну.

1. Кусок свинца массой 1 кг расплавили наполовину при сообщении ему количества теплоты 54,5 к Дж. Какова была начальная температура свинца. Удельная теплоемкость свинца 130 Дж/кг С. Удельная теплота плавления 24 к Дж/кг. Температура плавления свинца 600К.

Итак, можно выделить следующий алгоритм решения задач на «тепловой баланс»: -по данным задачи составить общее уравнение теплового баланса; -записать соответствующие равенства для каждой из величин теплоты, входящих в общее уравнение теплового баланса; -подставить правые части записанных равенств в уравнение теплового баланса; -поменять местами слагаемые в скобках, перед которыми стоит знак «минус»; -выразить искомую величину из полученного уравнения.

Важное замечание. Предложенные в настоящем разделе алгоритмы можно освоить только в ходе решения задач при неторопливом применении «шаг за шагом». шагом за шаг

1. В конкретных задачах происходят не все типы процессов, поэтому ряд слагаемых в уравнении теплового баланса может отсутствовать. 2. Нужно помнить, что в процессе фазового перехода температура тела не изменяется до тех пор, пока переход не закончен. 3. Если конечной температурой является температура фазового перехода, то в окончательном состоянии могут сосуществовать две фазы(твердое тело и жидкость, жидкость и пар). 4. Если кроме обмена теплом система совершает механическую работу (или работа совершается над системой), то следует от уравнения теплового баланса перейти к I закону термодинамики в более общем виде: Qотданное-Qполученное=A где работа А подставляется с учетом знака.