Какая будет температура в сосуде после опускания раскалённой стальной детали для охлаждения в холодную воду, если

Для решения этой задачи, нам необходимо учесть изменения теплоты при смешении воды и стали, а также при испарении воды. Для начала рассчитаем количество тепла, которое уйдет на нагревание воды с 23°C до температуры кипения:

Q_1 = масса_воды * удельная_теплоемкость_воды * (температура_кипения_воды - начальная_температура_воды)
Q_1 = 400 г * 4200 Дж/кг·°C * (100 °C - 23 °C) = 12 340 000 Дж (1)

Затем найдем тепло, которое уйдет на нагревание детали с 440°C до температуры кипения воды:

Q_2 = масса_детали * удельная_теплоемкость_стали * (температура_кипения_воды - начальная_температура_детали)
Q_2 = 150 г * 500 Дж/кг·°C * (100 °C - 440 °C) = -17 250 000 Дж (2)

Обратите внимание, что у нас получилось отрицательное значение для Q_2. Это связано с тем, что деталь охлаждается, поэтому тепло передается от нее к воде.

Теперь найдем количество тепла, которое уйдет на испарение 2 г воды:

Q_3 = масса_воды_для_испарения * удельная_теплота_парообразования_воды
Q_3 = 2 г * 2 300 000 Дж/кг = 4 600 000 Дж (3)

Итак, общее количество тепла, которое уйдет из системы, будет равно сумме полученных значений:

Q_общ = Q_1 + Q_2 + Q_3 = 12 340 000 Дж - 17 250 000 Дж + 4 600 000 Дж = -820 000 Дж (4)

Поскольку мы пренебрегаем теплообменом с окружающей средой и теплоемкостью сосуда, то количество тепла, которое ушло из системы, равно количеству тепла, которое получила система:

Q_общ = масса_воды_в_сосуде * удельная_теплоемкость_воды * (конечная_температура_системы - начальная_температура_системы)
-820 000 = (масса_воды_в_сосуде + 2 г) * 4200 Дж/кг·°C * (конечная_температура_системы - начальная_температура_системы)

Мы знаем, что начальная масса воды в сосуде составляет 400 г, поэтому:

-820 000 = (400 г + 2 г) * 4200 Дж/кг·°C * (конечная_температура_системы - 23 °C)

Теперь оставим только неизвестное значение в уравнении и решим его:

конечная_температура_системы - 23 °C = -820 000 / ((400 г + 2 г) * 4200 Дж/кг·°C)
конечная_температура_системы - 23 °C = -820 000 / (402 г * 4200 Дж/кг·°C)
конечная_температура_системы - 23 °C ≈ -5,11 °C

Теперь найдем конечную температуру системы:

конечная_температура_системы ≈ -5,11 °C + 23 °C ≈ 17,89 °C

Итак, получаем, что температура в сосуде после опускания раскаленной стальной детали для охлаждения в холодной воде будет около 17,89 °C (округлено до десятых).