Вопрос задан 11.03.2025 в 20:50. Предмет Физика. Спрашивает Букарь Соня.

Помогите! Мальчик наполнил стакан, емкость которого 200 см в кубе, кипятком и долил стакан холодной водой. Определите, какая установилась температура воды, если температура холодной воды 20 градусов по Цельсия.

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Голубев Илья.

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно учесть принцип теплового равновесия. Когда кипяток смешивается с холодной водой, тепло от кипятка передается холодной воде до тех пор, пока температура смеси не выровняется. При этом выполняется закон сохранения энергии: количество тепла, отданное горячей водой, равно количеству тепла, полученному холодной водой.

Условные обозначения:

  1. VкипV_{\text{кип}} — объем кипятка (см³).
  2. VхолV_{\text{хол}} — объем холодной воды (см³).
  3. tкип=100t_{\text{кип}} = 100 °C — температура кипятка.
  4. tхол=20t_{\text{хол}} = 20 °C — температура холодной воды.
  5. tсмесиt_{\text{смеси}} — температура воды в стакане после смешивания.

Объем стакана: 200 см3200 \, \text{см}^3. Обозначим объем холодной воды как VхолV_{\text{хол}}, тогда объем кипятка будет Vкип=200−VхолV_{\text{кип}} = 200 - V_{\text{хол}}.

Формула теплового баланса:

Количество тепла, отданное кипятком:

Qкип=mкип⋅c⋅(tкип−tсмеси)Q_{\text{кип}} = m_{\text{кип}} \cdot c \cdot (t_{\text{кип}} - t_{\text{смеси}})

Количество тепла, полученное холодной водой:

Qхол=mхол⋅c⋅(tсмеси−tхол)Q_{\text{хол}} = m_{\text{хол}} \cdot c \cdot (t_{\text{смеси}} - t_{\text{хол}})

Так как плотность воды ρ≈1 г/см3\rho \approx 1 \, \text{г/см}^3, то масса mm равна объему VV. Удельная теплоемкость воды (cc) одинакова, поэтому она сокращается в уравнении. Тогда тепловой баланс:

Vкип⋅(100−tсмеси)=Vхол⋅(tсмеси−20)V_{\text{кип}} \cdot (100 - t_{\text{смеси}}) = V_{\text{хол}} \cdot (t_{\text{смеси}} - 20)

Подставляем Vкип=200−VхолV_{\text{кип}} = 200 - V_{\text{хол}}:

(200−Vхол)⋅(100−tсмеси)=Vхол⋅(tсмеси−20)(200 - V_{\text{хол}}) \cdot (100 - t_{\text{смеси}}) = V_{\text{хол}} \cdot (t_{\text{смеси}} - 20)

Решение:

Раскрываем скобки:

200⋅(100−tсмеси)−Vхол⋅(100−tсмеси)=Vхол⋅(tсмеси−20)200 \cdot (100 - t_{\text{смеси}}) - V_{\text{хол}} \cdot (100 - t_{\text{смеси}}) = V_{\text{хол}} \cdot (t_{\text{смеси}} - 20)

Сгруппируем члены с VхолV_{\text{хол}}:

20000−200⋅tсмеси=Vхол⋅(100−tсмеси+tсмеси−20)20000 - 200 \cdot t_{\text{смеси}} = V_{\text{хол}} \cdot (100 - t_{\text{смеси}} + t_{\text{смеси}} - 20)

Упрощаем:

20000−200⋅tсмеси=Vхол⋅(80)20000 - 200 \cdot t_{\text{смеси}} = V_{\text{хол}} \cdot (80)

Отсюда выражаем VхолV_{\text{хол}}:

Vхол=20000−200⋅tсмеси80V_{\text{хол}} = \frac{20000 - 200 \cdot t_{\text{смеси}}}{80}

Подставляем VхолV_{\text{хол}} в исходное уравнение и находим tсмесиt_{\text{смеси}}. Если известно соотношение объемов горячей и холодной воды, можно вычислить точное значение температуры смеси.

Итог:

Если мальчик взял равное количество кипятка и холодной воды (Vкип=Vхол=100 см3V_{\text{кип}} = V_{\text{хол}} = 100 \, \text{см}^3), то уравнение упрощается:

100⋅(100−tсмеси)=100⋅(tсмеси−20)100 \cdot (100 - t_{\text{смеси}}) = 100 \cdot (t_{\text{смеси}} - 20)

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос