Задачи › Количество теплоты, уравнение теплового баланса

Две детали

  1. Две детали

    Максвелл 2013/14, 8 кл.
    4/10

    Теплоизолированный сосуд был до краев наполнен водой при температуре \(t_0 = 19^\circ\)С. В середину этого сосуда быстро, но аккуратно опустили деталь, изготовленную из металла плотностью \(\rho_1 = 2700\) кг/м\(^3\), нагретую до температуры \(t_{\text{д}} = 99^\circ\)С, и закрыли крышкой. После установления теплового равновесия температура воды в сосуде стала равна \(t_x = 32{,}2^\circ\)С. Затем в этот же сосуд, наполненный до краев водой при температуре \(t_0 = 19^\circ\)С, вновь быстро, но аккуратно опустили две такие же детали, нагретые до той же температуры \(t_{\text{д}} = 99^\circ\)С, и закрыли крышкой. В этом случае после установления в сосуде теплового равновесия температура воды равна \(t_y = 48{,}8^\circ\)С. 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\(\cdot\)°С).

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(c_1 = c_0\dfrac{\rho_0}{\rho_1}\cdot\dfrac{1}{\dfrac{t_{\text{д}} - t_x}{t_x - t_0} - 2\,\dfrac{t_{\text{д}} - t_y}{t_y - t_0}} \approx 920\) Дж/(кг\(\cdot\)°С).

    Решение

    Пусть объём сосуда равен \(V_0\), а объём детали, соответственно, \(V_1\). Запишем уравнения теплового баланса для первого и для второго случаев: \[c_1\rho_1 V_1 (t_{\text{д}} - t_x) = c_0\rho_0 (V_0 - V_1)(t_x - t_0),\] \[c_1\rho_1 \cdot 2V_1 (t_{\text{д}} - t_y) = c_0\rho_0 (V_0 - 2V_1)(t_y - t_0).\] Преобразуем эти выражения: \[c_1\rho_1 V_1\frac{t_{\text{д}} - t_x}{t_x - t_0} + c_0\rho_0 V_1 = c_0 V_0\rho_0,\] \[c_1\rho_1 (2V_1)\frac{t_{\text{д}} - t_y}{t_y - t_0} + c_0\rho_0 (2V_1) = c_0 V_0\rho_0.\] Из равенства правых частей следует равенство левых; сокращая на \(V_1\), получаем \[c_1\rho_1\left(\frac{t_{\text{д}} - t_x}{t_x - t_0} - 2\,\frac{t_{\text{д}} - t_y}{t_y - t_0}\right) = c_0\rho_0,\] откуда \[c_1 = c_0\,\frac{\rho_0}{\rho_1}\cdot\frac{1}{\dfrac{t_{\text{д}} - t_x}{t_x - t_0} - 2\,\dfrac{t_{\text{д}} - t_y}{t_y - t_0}} \approx 920~\text{Дж/(кг}\cdot\text{°С)}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи