Вопрос задан 15.01.2025 в 06:08. Предмет Физика. Спрашивает Латышев Валентин.

В стеклянный стакан массой 120 г, имеющий температуру 15 градусов цельсия, налили 200 г воды, температура которой 100 градусов цельсия. При какой те
мпературе установится тепловое равновесие? Обменом энергии с окружающей средой пренебречь.

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Бушина Анастасия.

Для решения задачи по нахождению температуры теплового равновесия между водой и стеклянным стаканом используем закон сохранения энергии. Согласно этому закону, в замкнутой системе количество теплоты, передаваемое от горячего тела холодному, равно количеству теплоты, получаемому холодным телом. То есть:

Qотд=QполучQ_{\text{отд}} = Q_{\text{получ}}

Пусть температура теплового равновесия будет TT. Известны начальные условия задачи:

  • масса стакана mст=120гm_{\text{ст}} = 120 \, \text{г},
  • начальная температура стакана Tст=15CT_{\text{ст}} = 15^\circ \text{C},
  • масса воды mв=200гm_{\text{в}} = 200 \, \text{г},
  • начальная температура воды Tв=100CT_{\text{в}} = 100^\circ \text{C},
  • теплоёмкость стекла cст840Дж/кг°Cc_{\text{ст}} \approx 840 \, \text{Дж/кг}\cdot\text{°C},
  • теплоёмкость воды cв=4200Дж/кг°Cc_{\text{в}} = 4200 \, \text{Дж/кг}\cdot\text{°C}.

Для простоты переведём массу в килограммы:

mст=0,12кг,mв=0,2кгm_{\text{ст}} = 0{,}12 \, \text{кг}, \quad m_{\text{в}} = 0{,}2 \, \text{кг}

Теперь запишем уравнение теплового баланса. Теплота, которую отдаст горячая вода, равна:

Qв=mвcв(TвT)Q_{\text{в}} = m_{\text{в}} \cdot c_{\text{в}} \cdot (T_{\text{в}} - T)

Теплота, которую получит холодный стакан, равна:

Qст=mстcст(TTст)Q_{\text{ст}} = m_{\text{ст}} \cdot c_{\text{ст}} \cdot (T - T_{\text{ст}})

Поскольку энергии с окружающей средой не передаётся, мы можем записать:

Qв=QстQ_{\text{в}} = Q_{\text{ст}}

Подставим выражения для теплот:

mвcв(TвT)=mстcст(TTст)m_{\text{в}} \cdot c_{\text{в}} \cdot (T_{\text{в}} - T) = m_{\text{ст}} \cdot c_{\text{ст}} \cdot (T - T_{\text{ст}})

Подставим известные значения:

0,24200(100T)=0,12840(T15)0{,}2 \cdot 4200 \cdot (100 - T) = 0{,}12 \cdot 840 \cdot (T - 15)

Распределим множители и упростим:

840(100T)=100,8(T15)840 \cdot (100 - T) = 100{,}8 \cdot (T - 15)

Раскроем скобки:

84000840T=100,8T151284000 - 840T = 100{,}8T - 1512

Переносим все слагаемые, содержащие TT, в одну сторону, а числа – в другую:

84000+1512=100,8T+840T84000 + 1512 = 100{,}8T + 840T 85512=940,8T85512 = 940{,}8T

Найдём TT, разделив обе стороны на 940,8:

T=85512940,890,9CT = \frac{85512}{940{,}8} \approx 90{,}9^\circ \text{C}

Таким образом, температура теплового равновесия, при которой установится тепловое равновесие, равна примерно 90,9C90{,}9^\circ \text{C}.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос