Задача по физике Стальную деталь массой 300г нагрели до высокой температуры и погрузили для закалки в 3кг машинного масла, температура масла tмасла=10°C. Определите температуру детали, если конечная температура 30°С.

Задача связана с передачей тепла от стальной детали в масло, и для её решения используем принцип сохранения энергии.

Исходные данные:

• Масса стальной детали: $m_1 = 0,3 \, \text{кг}$ (так как 300 г = 0,3 кг)
• Масса масла: $m_2 = 3 \, \text{кг}$
• Температура масла: $t_{\text{масла}} = 10 \, \text{°C}$
• Конечная температура системы: $t_{\text{конечная}} = 30 \, \text{°C}$

Необходимо найти температуру стальной детали до того, как она была погружена в масло.

Шаг 1: Применение закона сохранения энергии

Предполагаем, что система из стальной детали и масла изолирована от внешней среды, и весь теплообмен происходит между ними. Тогда тепло, переданное от детали в масло, равно количеству тепла, полученному маслом. То есть:

Тепло, переданное от детали:

где:

• $m_1$ — масса детали,
• $c_1$ — удельная теплоёмкость стали (приблизительно $c_1 = 460 \, \text{Дж/кг·°C}$),
• $t_{\text{нач}}$ — начальная температура детали (которую нам нужно найти),
• $t_{\text{конечная}}$ — конечная температура системы (30°C).

Тепло, полученное маслом:

где:

• $m_2$ — масса масла,
• $c_2$ — удельная теплоёмкость масла (приблизительно $c_2 = 2000 \, \text{Дж/кг·°C}$),
• $t_{\text{масла}}$ — температура масла до нагрева (10°C),
• $t_{\text{конечная}}$ — конечная температура системы (30°C).

Шаг 2: Составление уравнения

Из условия равенства количеств тепла:

Подставим известные значения:

Упростим:

Шаг 3: Решение уравнения

Решаем относительно $t_{\text{нач}}$:

Ответ:

Начальная температура стальной детали