Какой вывод можно сделать из опыта по смешиванию холодной и горячей воды? Почему на практике эти энергии не равны?

Из опыта со смешиванием горячей и холодной воды обычно делают два главных вывода:

1. Тепло самопроизвольно переходит от более тёплого тела к более холодному до тех пор, пока не установится тепловое равновесие (одна общая температура). Это наглядная проверка “направления” теплопередачи: горячая вода остывает, холодная нагревается, и итог где-то посередине.

2. В идеальной модели (если бы система была полностью “закрыта” и ничего не теряла) можно было бы считать, что энергия, потерянная горячей водой, равна энергии, полученной холодной водой:

(для воды $c$ одинаковая, поэтому всё красиво сокращается).

Почему на практике эти энергии не равны

В реальном опыте почти никогда не удаётся выполнить условие “только вода обменивается теплом”. Из-за этого часть энергии уходит или приходит “в обход” второй порции воды, и баланс «потеря горячей = прибыль холодной» нарушается. Основные причины такие:

1. Нагревается (или охлаждается) сам сосуд
   Стакан/калориметр/ложка имеют свою теплоёмкость. Если сосуд был холоднее смеси, он заберёт часть тепла у горячей воды, и холодная вода “получит” меньше, чем горячая “отдала”. Если сосуд был тёплым — наоборот, он добавит тепла смеси.

2. Теплообмен с воздухом и окружающими предметами
   Пока переливают, мешают, ждут измерение, вода контактирует с воздухом и стенками. Смесь может терять тепло в комнату или, если вода была холодной, наоборот — получать тепло из комнаты. Итоговая температура смещается, и расчёт “двух вод” перестаёт совпадать.

3. Потери при переливании и испарение
   Горячая вода особенно активно испаряется, а на испарение уходит много энергии. Плюс часть воды может остаться на стенках, капли могут остыть отдельно и т.п. Это тоже “съедает” теплоту, не передавая её холодной воде.

4. Неидеальное измерение температуры и неоднородность смеси
   Если плохо перемешали или измерили температуру не в момент равновесия, термометр покажет не то, что нужно. Сам термометр тоже забирает/отдаёт немного тепла, а его погрешность (и запаздывание) особенно заметны в простых домашних опытах.

5. Разная “эффективная” начальная температура в момент смешивания
   Пока несут горячую воду, она успевает остыть; холодная — нагреться. Если считать “по налитым температурам”, а реально они уже изменились, то энергетический баланс по расчёту и по факту не сойдётся.

Итоговый вывод

Опыт показывает: принцип сохранения энергии работает, но равенство “сколько горячая отдала — столько холодная получила” выполняется только для идеально изолированной системы. В реальности же часть теплоты уходит на нагрев сосуда, в окружающую среду и на испарение, а измерения вносят погрешности — поэтому на практике энергии, посчитанные как “отданная” и “полученная” только водой, не равны.