Задачи › Количество теплоты, уравнение теплового баланса

Две детали

  1. Две детали

    ВсОШ 2013/14, 9 кл.
    3/10

    Теплоизолированный сосуд был до краев наполнен водой при температуре \(t_0 = 19^\circ\)C. В середину этого сосуда быстро, но аккуратно опустили деталь, изготовленную из металла плотностью \(\rho_1 = 2700\) кг/м\(^3\), нагретую до температуры \(t_д = 99^\circ\)C, и закрыли крышкой. После установления теплового равновесия температура воды в сосуде равна \(t_x = 32{,}2^\circ\)C. Затем в этот же сосуд, наполненный до краёв водой при температуре \(t_0 = 19^\circ\)C, вновь быстро, но аккуратно опустили две такие же детали, нагретые до той же температуры \(t_д = 99^\circ\)C, и закрыли крышкой. В этом случае после установления в сосуде теплового равновесия температура воды равна \(t_y = 48{,}8^\circ\)C. Чему равна удельная теплоёмкость \(c_1\) металла, из которого изготовлены детали? Плотность воды \(\rho_0 = 1000\) кг/м\(^3\). Удельная теплоёмкость воды \(c_0 = 4200\) Дж/(кг\(\cdot{}^\circ\)C).

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Запишите уравнения теплового баланса для обоих опытов. Объём сосуда и объём одной детали в них входят одновременно — исключите объём сосуда.

    Ответ

    \(c_1 \approx 920\) Дж/(кг\(\cdot{}^\circ\)C).

    Решение

    Пусть объём сосуда равен \(V_0\), а объём одной детали равен \(V_1\). Уравнения теплового баланса для первого и второго опытов: \[c_1\rho_1 V_1(t_д - t_x) = c_0\rho_0 (V_0 - V_1)(t_x - t_0),\] \[c_1\rho_1\cdot 2V_1(t_д - t_y) = c_0\rho_0 (V_0 - 2V_1)(t_y - t_0).\] Исключив \(V_0\) из этой системы, получаем объём \(V_1\) в обоих уравнениях, который сокращается, и \[c_1 = \frac{c_0\rho_0}{\rho_1}\cdot \frac{1}{\dfrac{t_д - t_x}{t_x - t_0} - 2\,\dfrac{t_д - t_y}{t_y - t_0}} \approx 920~\text{Дж/(кг}\cdot{}^\circ\text{C)}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи