Вопрос задан 03.12.2024 в 18:44. Предмет Физика. Спрашивает Мухамедьяров Дархан.

В воду массой 2 кг при температуре 20°С опустили латунный брусок массой 100 г, нагретый до температуры 80°С, и алюминиевый брусок массой 200 г и температурой 90°С. Какая установится температура? (Ответ:≈21,76°С)

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Нечаев Женя.

Для решения этой задачи нужно использовать закон сохранения энергии, согласно которому в замкнутой системе сумма тепловых энергий остаётся неизменной. В нашем случае, вода будет получать теплоту от латунного и алюминиевого брусков, которые остынут до конечной температуры системы. Предполагаем, что никакого теплообмена с внешней средой не происходит.

Дано:

  1. Масса воды: m1=2кгm_1 = 2 \, \text{кг}
  2. Начальная температура воды: t1=20Сt_1 = 20^\circ \text{С}
  3. Масса латунного бруска: m2=0,1кгm_2 = 0{,}1 \, \text{кг}
  4. Начальная температура латунного бруска: t2=80Сt_2 = 80^\circ \text{С}
  5. Масса алюминиевого бруска: m3=0,2кгm_3 = 0{,}2 \, \text{кг}
  6. Начальная температура алюминиевого бруска: t3=90Сt_3 = 90^\circ \text{С}
  7. Удельная теплоёмкость воды: c1=4200Дж/кгСc_1 = 4200 \, \text{Дж/кг}^\circ \text{С}
  8. Удельная теплоёмкость латуни: c2=380Дж/кгСc_2 = 380 \, \text{Дж/кг}^\circ \text{С}
  9. Удельная теплоёмкость алюминия: c3=900Дж/кгСc_3 = 900 \, \text{Дж/кг}^\circ \text{С}

Решение:

Найдём конечную температуру TT, до которой установится равновесие. Для этого воспользуемся уравнением теплового баланса. Вода нагревается, а бруски охлаждаются, следовательно, теплоту, которую получит вода, равна теплоте, которую отдадут оба бруска:

Qполучено=QотданоQ_{\text{получено}} = Q_{\text{отдано}}

Теплота, полученная водой:

Q1=m1c1(Tt1)Q_1 = m_1 \cdot c_1 \cdot (T - t_1)

Теплота, отданная латунным бруском:

Q2=m2c2(t2T)Q_2 = m_2 \cdot c_2 \cdot (t_2 - T)

Теплота, отданная алюминиевым бруском:

Q3=m3c3(t3T)Q_3 = m_3 \cdot c_3 \cdot (t_3 - T)

Так как теплота, полученная водой, равна сумме теплот, отданных брусками, составляем уравнение теплового баланса:

m1c1(Tt1)=m2c2(t2T)+m3c3(t3T)m_1 \cdot c_1 \cdot (T - t_1) = m_2 \cdot c_2 \cdot (t_2 - T) + m_3 \cdot c_3 \cdot (t_3 - T)

Подставим известные значения:

24200(T20)=0,1380(80T)+0,2900(90T)2 \cdot 4200 \cdot (T - 20) = 0{,}1 \cdot 380 \cdot (80 - T) + 0{,}2 \cdot 900 \cdot (90 - T)

Раскроем скобки:

8400(T20)=38(80T)+180(90T)8400 \cdot (T - 20) = 38 \cdot (80 - T) + 180 \cdot (90 - T)

Упростим:

8400T168000=388038T+18090180T8400 \cdot T - 168000 = 38 \cdot 80 - 38 \cdot T + 180 \cdot 90 - 180 \cdot T 8400T168000=304038T+16200180T8400T - 168000 = 3040 - 38T + 16200 - 180T

Объединим подобные слагаемые:

8400T168000=19240218T8400T - 168000 = 19240 - 218T

Теперь переносим все термины с TT в одну сторону:

8400T+218T=19240+1680008400T + 218T = 19240 + 168000 8618T=1872408618T = 187240

Находим TT:

T=187240861821,76СT = \frac{187240}{8618} \approx 21{,}76^\circ \text{С}

Таким образом, установившаяся температура системы будет приблизительно 21,76С21{,}76^\circ \text{С}.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос