Деталь в трёх сосудах с маслом
4/10При закалке стальных деталей проводится следующая процедура. Имеются три одинаковых сосуда с маслом при одной и той же температуре. Горячую деталь опускают в первый сосуд, и после установления теплового равновесия температура масла в нём повышается на \(\Delta t_1 = 60\,\text{°C}\). После этого деталь переносят во второй сосуд, и после установления теплового равновесия температура масла в нём повышается на \(\Delta t_2 = 5\,\text{°C}\). После этого деталь переносят в третий сосуд. Насколько повысится температура масла в нём, когда наступит тепловое равновесие? Какой была первоначальная температура детали, если комнатная температура составляет \(t_0 = 20\,\text{°C}\)? Сосуды теплоизолированы.
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаУравнение теплового баланса для каждого опускания записывайте через разность температур детали и масла. Как эта разность меняется от сосуда к сосуду?
Ответ\(\Delta t_3 = \dfrac{\Delta t_2^2}{\Delta t_1} \approx 0{,}42\,\text{°C}\); первоначальная температура детали \(t = t_0 + \dfrac{\Delta t_1^2}{\Delta t_2} = 740\,\text{°C}\).
РешениеПусть теплоёмкость сосуда с маслом равна \(C_0\), теплоёмкость детали \(C\), начальная температура детали \(t\). Установившаяся температура масла в первом сосуде равна \(t_0 + \Delta t_1\), уравнение теплового баланса: \[C_0\,\Delta t_1 = C\,(t - t_0 - \Delta t_1).\] Отсюда \[\Delta t_1 = \frac{C\,(t - t_0)}{C + C_0}.\] Разность температур детали и масла при опускании во второй сосуд равна \(\Delta t_1\), а теплоёмкости не изменились, поэтому \[\Delta t_2 = \frac{C\,\Delta t_1}{C + C_0}.\] Аналогично для третьего сосуда \[\Delta t_3 = \frac{C\,\Delta t_2}{C + C_0}.\] Выражая из второго соотношения \(C/(C + C_0)\) и подставляя его в третье и в первое, получаем \[\Delta t_3 = \frac{\Delta t_2^2}{\Delta t_1} \approx 0{,}42\,\text{°C}, \qquad t = t_0 + \frac{\Delta t_1^2}{\Delta t_2}.\]
Похожие задачи
- Кофе и слуга МОШ 2009/10, 8 кл.
- Вода в системе отопления школы МОШ 2010/11, 8 кл.
- Окрошка и картошка МОШ 2010/11, 10 кл.
- Лёд в калориметре МОШ 2010/11, 9 кл.
- Переливание воды МОШ 2010/11, 11 кл.
- Нагрев воды паром Ведомственная 2010/11, 11 кл.