Вопрос задан 13.03.2025 в 06:56. Предмет Физика. Спрашивает Иванов Саша.

Алюминиевая кастрюлька заполнена водой до краёв при комнатной температуре 25∘C. В воду погружают яйцо, имеющее температуру 90 ∘C Объём яйца 70см3. Средняя плотность яйца 1050кгм3. Масса кастрюли 500 г, объём кастрюли 1 л. Пренебрегая теплообменом с окружающей средой, определите установившуюся температуру содержимого кастрюльки. Ответ округлите до десятых. Удельная теплоёмкость яйца 3200Дж/кг⋅∘C, удельная теплоёмкость алюминия 920Дж/кг⋅∘C, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/кг⋅∘C

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Макеева Виктория.

Для решения этой задачи применим закон сохранения энергии. В данной системе рассматриваем яйцо, воду и алюминиевую кастрюлю. Теплообмен происходит только между ними, поскольку теплообмен с окружающей средой пренебрегается.


Дано:

  1. Температура:

    • Начальная температура воды и кастрюли Tначальная=25∘CT_{\text{начальная}} = 25^\circ\text{C},
    • Начальная температура яйца Tяйца=90∘CT_{\text{яйца}} = 90^\circ\text{C}.
  2. Объёмы:

    • Объём яйца Vяйца=70 см3=70×10−6 м3V_{\text{яйца}} = 70 \, \text{см}^3 = 70 \times 10^{-6} \, \text{м}^3,
    • Объём кастрюли Vкастрюли=1 л=0,001 м3V_{\text{кастрюли}} = 1 \, \text{л} = 0,001 \, \text{м}^3.
  3. Массы:

    • Плотность яйца ρяйца=1050 кг/м3\rho_{\text{яйца}} = 1050 \, \text{кг}/\text{м}^3, значит, масса яйца: mяйца=Vяйца⋅ρяйца=70×10−6⋅1050=0,0735 кг.m_{\text{яйца}} = V_{\text{яйца}} \cdot \rho_{\text{яйца}} = 70 \times 10^{-6} \cdot 1050 = 0{,}0735 \, \text{кг}.
    • Масса кастрюли mкастрюли=500 г=0,5 кгm_{\text{кастрюли}} = 500 \, \text{г} = 0{,}5 \, \text{кг},
    • Масса воды равна массе вытесненного объёма, так как кастрюля заполнена до краёв: mводы=Vводы⋅ρводы=(1−70×10−6) м3⋅1000 кг/м3≈0,93 кг.m_{\text{воды}} = V_{\text{воды}} \cdot \rho_{\text{воды}} = (1 - 70 \times 10^{-6}) \, \text{м}^3 \cdot 1000 \, \text{кг}/\text{м}^3 \approx 0{,}93 \, \text{кг}.
  4. Удельные теплоёмкости:

    • Яйца: cяйца=3200 Дж/(кг⋅°C)c_{\text{яйца}} = 3200 \, \text{Дж}/(\text{кг} \cdot \text{°C}),
    • Алюминия (кастрюля): cалюминия=920 Дж/(кг⋅°C)c_{\text{алюминия}} = 920 \, \text{Дж}/(\text{кг} \cdot \text{°C}),
    • Воды: cводы=4200 Дж/(кг⋅°C)c_{\text{воды}} = 4200 \, \text{Дж}/(\text{кг} \cdot \text{°C}).

Решение:

Обозначим установившуюся температуру системы через TустановившаясяT_{\text{установившаяся}}. Закон сохранения энергии утверждает, что суммарное количество тепла в системе остаётся неизменным. Таким образом, тепло, потерянное яйцом, равно теплу, полученному водой и кастрюлей:

Qяйца=Qводы+Qкастрюли.Q_{\text{яйца}} = Q_{\text{воды}} + Q_{\text{кастрюли}}.

Выражаем тепло для каждого компонента:

  1. Тепло, потерянное яйцом:
Qяйца=mяйца⋅cяйца⋅(Tяйца−Tустановившаяся).Q_{\text{яйца}} = m_{\text{яйца}} \cdot c_{\text{яйца}} \cdot (T_{\text{яйца}} - T_{\text{установившаяся}}).
  1. Тепло, полученное водой:
Qводы=mводы⋅cводы⋅(Tустановившаяся−Tначальная).Q_{\text{воды}} = m_{\text{воды}} \cdot c_{\text{воды}} \cdot (T_{\text{установившаяся}} - T_{\text{начальная}}).
  1. Тепло, полученное кастрюлей:
Qкастрюли=mкастрюли⋅cалюминия⋅(Tустановившаяся−Tначальная).Q_{\text{кастрюли}} = m_{\text{кастрюли}} \cdot c_{\text{алюминия}} \cdot (T_{\text{установившаяся}} - T_{\text{начальная}}).

Подставляем всё в закон сохранения энергии:

mяйца⋅cяйца⋅(Tяйца−Tустановившаяся)=mводы⋅cводы⋅(Tустановившаяся−Tначальная)+mкастрюли⋅cалюминия⋅(Tустановившаяся−Tначальная).m_{\text{яйца}} \cdot c_{\text{яйца}} \cdot (T_{\text{яйца}} - T_{\text{установившаяся}}) = m_{\text{воды}} \cdot c_{\text{воды}} \cdot (T_{\text{установившаяся}} - T_{\text{начальная}}) + m_{\text{кастрюли}} \cdot c_{\text{алюминия}} \cdot (T_{\text{установившаяся}} - T_{\text{начальная}}).

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос