Задачи › Количество теплоты, уравнение теплового баланса

Нагрев кефира в тетрапаке

  1. Нагрев кефира в тетрапаке

    Всесибирская 2022/23, заключительный этап, 9 кл. · №25357

    Чтобы нагреть хранившийся в холодильнике кефир массой \(m\) и температурой \(T_1\), школьник налил из-под крана полную кастрюлю тёплой воды массой \(M\) и температурой \(T_2\). Затем он аккуратно опустил в кастрюлю тетрапак с кефиром и оставил его плавать. При этом тетрапак не касался ни дна, ни стенок. После установления теплового равновесия температура кефира оказалась равна \(T\). Определите удельную теплоёмкость кефира, если теплоёмкость воды известна и равна \(c\). Теплообменом с окружающей средой, теплоёмкостью кастрюли и массой тетрапака пренебречь.

    ▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
    Подсказка

    Тетрапак плавает, значит, вес вытесненной воды равен весу тетрапака с кефиром. Сколько воды вылилось из полной кастрюли, и какая вода участвует в тепловом балансе?

    ▶ОтветСкрыть: ответ
    Ответ

    \(c_k=\dfrac{c\,(M-m)(T_2-T)}{m\,(T-T_1)}\).

    ▶РешениеСкрыть: решение
    Решение

    При опускании в полную кастрюлю воды тетрапака с кефиром часть воды выльется.

    Объём вытесненной воды \(\Delta V\) (он же объём погружённой части тетрапака) найдём из условия плавания тетрапака: \(\rho g\,\Delta V=mg\), где \(\rho\) — плотность воды. Масса вытесненной воды равна массе кефира: \(\Delta M=m\).

    После установления теплового равновесия температура воды равна температуре кефира. Теплота, полученная кефиром, равна теплоте, отданной оставшейся водой массой \(M-m\). Уравнение теплового баланса: \(c(M-m)(T_2-T)=c_k\,m\,(T-T_1)\), где \(c_k\) — искомая теплоёмкость кефира. Отсюда \(c_k=c\,\dfrac{(M-m)(T_2-T)}{m(T-T_1)}\).

    Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиНашли ошибку?

Похожие задачи