Термодинамика и кинетика процесса употребления мороженого (8 класс)
(для решения требуется авторизация)
Давно закончилось лето, а у нас в Сибири, по сути, закончилась уже и осень, и на улицах лежит устойчивый снежный покров. Но есть один продукт, который всегда напоминает нам о лете – это мороженое. Зачем мы его едим? Это вкусно! Но, как думают многие, мороженое едят для того, чтобы в жаркий солнечный день немного охладиться. Давайте попробуем разобраться, действительно ли можно «унять» летнюю жару с помощью мороженого. Сразу оговоримся, что это будет лишь оценка, поскольку биохимические процессы в нашем организме значительно сложнее, чем предлагаемая модель. Кроме того, массо- и теплоперенос требует времени.
В процессе решения задачи нам предстоит ответить на главный вопрос: можно ли понизить температуру тела с помощью мороженого?
Для начала примем следующие допущения, которые позволят упростить вычисления, но в то же время дадут нам представление о термохимии процесса «поглощения» мороженого:
- удельные теплоемкости тела человека, воды и мороженого равны и составляют 4,2 кДж/(кг∙K);
- после поедания мороженого все тело человека охлаждается очень быстро и равномерно;
- масса человека, съевшего мороженое, была равна 50 кг, а температура его тела 36,6 ○С;
- порция 100 г классического пломбира содержит 4 г белков (средний состав C81H125O39N22), 14 г жиров (C55H104O6) и 30 г углеводов (C12H22O11), остальное – вода;
- удельные теплоты полного сгорания (Q сгор.) компонентов мороженого в теле человека и в избытке кислорода равны и составляют: белков 4 ккал/г, углеводов 4 ккал/г, жиров 9 ккал/г;
- 1 кал = 4,2 Дж;
- значение температуры тела в градусах Цельсия будет равно значению температуры того же тела в кельвинах, если к нему прибавить 273.
Итак, будем считать, что человек съел 100 г пломбира, имевшего температуру «-20 ○С». Удельная теплоемкость (с) это физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо подвести к телу массой 1 кг, чтобы его температура возросла на один кельвин. Теплоемкость (с) воды равна 4,2 кДж/(кг∙K), т. е. для нагрева 1 кг воды на 1 кельвин потребуется 4,2 кДж, и, наоборот, при охлаждении 1 кг воды на 1 кельвин выделится 4,2 кДж тепла.
-
Оцените количество тепла, которое потребуется для нагревания порции мороженого до температуры тела человека. На сколько кельвинов (с точностью до десятых) понизится температура тела этого человека за счет потери тепла, потраченного на «нагрев» мороженого?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Рассчитайте суммарную калорийность порции 100 г классического пломбира в ккал и кДж (суммарную теплоту полного сгорания компонентов порции).
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Оцените, на сколько кельвинов может подняться температура тела человека только за счет калорийности продукта, считая, что все биохимические процессы и теплоперенос происходят мгновенно, а теплообмена с окружающей средой нет.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Оцените, какой в этом случае стала бы температура тела человека в градусах Цельсия после поедания порции мороженого.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Оцените, на сколько градусов Цельсия понизится температура тела этого человека, если он выпьет 250 мл воды с температурой +4 ○С (температура в холодильных установках супермаркетов).
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций полного сгорания в избытке кислорода белка, углевода и жира, формулы которых приведены в условии задачи:
- C81H125O39N22 + O2 → CO2 + H2O + N2;
- C12H22O11 + O2 → CO2 + H2O;
- C55H104O6 + O2 → CO2 + H2O.В ответе приведите суммы коэффициентов соответсвующих реакций (помните, что единица - тоже коэффициент).
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Согласно следствию из закона известного русского химика Германа Ивановича Гесса, тепловой эффект химической реакции (Q реакции, кДж/моль) равен разнице между суммой теплот образования (Q образования, кДж/моль) продуктов и суммой теплот образования реагентов. В процессе расчета теплоты образования веществ должны быть умножены на стехиометрические коэффициенты, соответствующие этим веществам в уравнении реакции. Теплотой образования вещества называется тепловой эффект реакции образования одного моля вещества из простых веществ, взятых в их стандартных (обычных) состояниях. В соответствии с этим определением, теплоты образования простых веществ в их обычных состояниях равны нулю. В таблице находим, что теплота образования жидкой воды равна 286 кДж/моль, а углекислого газа 394 кДж/моль
-
Используя удельную теплоту сгорания жира, вычислите тепловой эффект реакции его полного сгорания в кДж/моль.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Следствие из закона Гесса позволяет рассчитать теплоты образования веществ, которые нельзя определить напрямую. Вычислите теплоту образования жира (кДж/моль), исходя из теплового эффекта реакции его полного сгорания и теплот образования продуктов.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Двум карапузам мамы купили по стандартной порции пломбира на палочке. Оба с нескрываемым удовольствием начали поглощать его, приступив к процессу одновременно. Однако механизм этого процесса у детишек заметно отличался. Первый откусывал небольшие кусочки мороженого массой 7,4 г каждые 30 секунд, которые требовались ему, чтобы тщательно прожевать и проглотить откушенную порцию. Второй облизывал мороженое с постоянной скоростью 0,25 г/с, мгновенно проглатывая бесконечно вкусный коктейль
-
Вычислите время, с, с точнстью до целых, которое потребуется каждому из карапузов, чтобы полностью доесть мороженое и ответьте на «бонусный» вопрос задания: какой из них сможет
раньше выбросить ненужную палочку в стоящую неподалеку урну для мусора? В ответе приведите соответсвующее слово: первый или второй.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
