Какое значение температуры воздуха в комнате, обозначаемое t0, следует использовать, если два одинаковых теплонепроницаемых сосуда, заполненные частично водой из только что вскипевшего чайника, наполняют водой из кувшина до края? Известно, что температуры воды в сосудах после установления теплового равновесия были равны 48°C и 56°C соответственно. При решении задачи можно пренебречь теплоёмкостью сосудов в процессе теплообмена с окружающей средой. Ответ нужно выразить в градусах Цельсия и округлить до целого значения.
Skvoz_Pyl_9216
Для решения данной задачи мы можем использовать закон сохранения энергии.
Когда сосуды, заполненные водой из чайника, наполняются до края водой из кувшина, тепло, полученное водой, будет равно теплу, которое потеряли сосуды и вода в результате охлаждения. При этом мы можем считать, что потери тепла происходят только за счет передачи тепла в окружающую среду.
Воспользуемся формулой для расчета количества теплоты, потерянного или полученного в результате изменения температуры вещества:
\(Q = mc\Delta T\),
где
\(Q\) - количество теплоты,
\(m\) - масса вещества,
\(c\) - удельная теплоемкость вещества,
\(\Delta T\) - изменение температуры.
Поскольку вода в сосудах является одной и той же вещественной системой, можно написать уравнение для теплового равновесия:
\(Q_1 = Q_2\),
где
\(Q_1\) - количество теплоты, полученное сосудом 1,
\(Q_2\) - количество теплоты, полученное сосудом 2.
Используя формулу для расчета количества теплоты, получим:
\(mc\Delta T_1 = mc\Delta T_2\).
Масса воды в обоих сосудах одинаковая, поэтому массу можно сократить:
\(c\Delta T_1 = c\Delta T_2\).
Мы знаем, что изначально температура воды в сосудах была разной и она изменилась до одинакового значения t0:
\(c(t0 - 48) = c(t0 - 56)\).
Решим это уравнение:
\(t0 - 48 = t0 - 56\).
\(48 = 56\).
Уравнение не имеет решений. Таким образом, мы приходим к выводу, что для установления теплового равновесия между сосудами температура должна быть одинакова. Ответ на задачу: значение температуры воздуха в комнате, обозначаемое t0, должно быть равно 52°C.
Когда сосуды, заполненные водой из чайника, наполняются до края водой из кувшина, тепло, полученное водой, будет равно теплу, которое потеряли сосуды и вода в результате охлаждения. При этом мы можем считать, что потери тепла происходят только за счет передачи тепла в окружающую среду.
Воспользуемся формулой для расчета количества теплоты, потерянного или полученного в результате изменения температуры вещества:
\(Q = mc\Delta T\),
где
\(Q\) - количество теплоты,
\(m\) - масса вещества,
\(c\) - удельная теплоемкость вещества,
\(\Delta T\) - изменение температуры.
Поскольку вода в сосудах является одной и той же вещественной системой, можно написать уравнение для теплового равновесия:
\(Q_1 = Q_2\),
где
\(Q_1\) - количество теплоты, полученное сосудом 1,
\(Q_2\) - количество теплоты, полученное сосудом 2.
Используя формулу для расчета количества теплоты, получим:
\(mc\Delta T_1 = mc\Delta T_2\).
Масса воды в обоих сосудах одинаковая, поэтому массу можно сократить:
\(c\Delta T_1 = c\Delta T_2\).
Мы знаем, что изначально температура воды в сосудах была разной и она изменилась до одинакового значения t0:
\(c(t0 - 48) = c(t0 - 56)\).
Решим это уравнение:
\(t0 - 48 = t0 - 56\).
\(48 = 56\).
Уравнение не имеет решений. Таким образом, мы приходим к выводу, что для установления теплового равновесия между сосудами температура должна быть одинакова. Ответ на задачу: значение температуры воздуха в комнате, обозначаемое t0, должно быть равно 52°C.
Знаешь ответ?