Задачи › Теплопроводность, закон охлаждения Ньютона

Испорченный кран

  1. Испорченный кран

    ВсОШ 2010/11, 9 кл.
    5/10

    В большой комнате с температурой воздуха \(t_0 = 20\) \(^\circ\)С находится испорченный кран. Из него ежесекундно тоненькой струйкой вытекает \(\mu = 0{,}1\) г воды. Вода попадает в тонкостенную металлическую раковину с квадратным сечением \(a^2 = 30\) см \(\times\) \(30\) см. Температура воды в кране \(t_1 = 54\) \(^\circ\)С. Слив раковины прикрыт так, что вода из него частично вытекает. При этом уровень воды в раковине установился на высоте \(H = 10\) см, равной глубине раковины. Пренебрегая теплоёмкостью раковины и считая, что она очень хорошо проводит тепло, определите установившуюся температуру \(t\) воды в раковине. Считайте, что поток тепла \(q\) от воды в раковине пропорционален разности температур \((t - t_0)\), а также полной площади поверхности воды (включая стенки раковины). Коэффициент пропорциональности \(k = 0{,}3\) Вт/(м\(^2\cdot{}^\circ\)С), а удельная теплоёмкость воды \(c_{\text{в}} = 4200\) Дж/(кг\(\cdot{}^\circ\)С). Вода в раковине перемешивается.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(t = \dfrac{\mu c_{\text{в}} t_1/(kS) + t_0}{\mu c_{\text{в}}/(kS) + 1} = 48\ ^\circ\)С, где \(S = 2a^2 + 4aH\).

    Решение

    Поскольку уровень воды в раковине установился, количество воды, вытекающей из крана, равно количеству воды, подтекающей из слива. По формуле Ньютона поток тепла \(q = kS(t - t_0)\), где \(S = 2a^2 + 4aH\) — площадь поверхности воды. Исходя из этого запишем уравнение теплового баланса: \[c_{\text{в}}\mu(t_1 - t) = q. \tag{1}\] Из (1) находим: \[t = \dfrac{\mu c_{\text{в}} t_1/(kS) + t_0}{\mu c_{\text{в}}/(kS) + 1} = 48\ ^\circ\text{С}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи