Задачи › Количество теплоты, уравнение теплового баланса

Волшебный эликсир графа Калиостро

  1. Волшебный эликсир графа Калиостро

    «Шаг в будущее» 2014/15, 9 кл.
    4/10

    Чтобы приготовить волшебный эликсир молодости, граф Калиостро взял три стакана: с молоком, водой и быстродействующим ядом. Массы жидкостей равны. Ему было известно, что яд стоит правее молока. Он выпил половину правого стакана, затем нагрел средний стакан на \(10\,^\circ\)C, потом опрокинул и разлил треть жидкости из левого стакана, после чего нагрел его на \(30\,^\circ\)C. Отчаявшись получить волшебный эликсир, он смешал все три жидкости. Какую температуру имеет полученная смесь?

    Начальная температура жидкостей \(30\,^\circ\)C, удельная теплоёмкость воды \(c_\text{в} = 4200\) Дж/(кг\(\cdot\,^\circ\)C), молока \(c_\text{м} = 3900\) Дж/(кг\(\cdot\,^\circ\)C), яда \(c_\text{я} = 2500\) Дж/(кг\(\cdot\,^\circ\)C). Теплоёмкостью стакана и тепловыми потерями пренебречь.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Восстановите порядок стаканов по тому, что граф выпил из правого стакана. Затем запишите уравнение теплового баланса для смеси всех трёх жидкостей.

    Ответ

    \(t \approx 44\,^\circ\)C.

    Решение

    1. Граф Калиостро выпил половину правого стакана, а затем продолжил эксперимент, следовательно, жидкости расположены слева направо: молоко, яд, вода.

    2. Обозначим через \(m\) начальные массы жидкостей. Тогда перед смешиванием жидкости имеют следующие состояния:

    вода: масса \(m/2\), температура \(t_\text{в} = 30\,^\circ\)C; яд: масса \(m\), температура \(t_\text{я} = 40\,^\circ\)C; молоко: масса \(2m/3\), температура \(t_\text{м} = 60\,^\circ\)C.

    3. Обозначим через \(t\) температуру смеси (\(30\,^\circ\text{C} < t < 60\,^\circ\text{C}\)). Уравнение теплового баланса: \[\frac{2m}{3}c_\text{м}(t - t_\text{м}) + mc_\text{я}(t - t_\text{я}) + \frac{m}{2}c_\text{в}(t - t_\text{в}) = 0,\] откуда \[t = \frac{\dfrac{2}{3}c_\text{м}t_\text{м} + c_\text{я}t_\text{я} + \dfrac{1}{2}c_\text{в}t_\text{в}}{\dfrac{2}{3}c_\text{м} + c_\text{я} + \dfrac{1}{2}c_\text{в}} = 44{,}3\,^\circ\text{C}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи