Задание E20CAC: Термодинамика

Открытый банк ФИПИ · условие и решение задания

Открыть решение ↓ Ошибка или пожелание
Дайте развернутый ответ.

В стакан с водой, нагретой до температуры t1=50 °C, положили металлический шарик, имеющий температуру t2=10 °C. После установления теплового равновесия температура воды стала равной t3. Затем, не вынимая первого шарика, в стакан положили ещё один такой же шарик температурой t2. Конечная температура в стакане оказалась t4=34 °C. Определите температуру воды t3 после того, как в стакан положили первый шарик. Теплообменом с окружающей средой пренебречь.


 

i
СВОЙСТВА ЗАДАНИЯ
КЭС:
2.2 Термодинамика
Тип ответа:Развернутый ответ
Номер: E20CAC
НЕ РЕШЕНО Изменить статус

Решение задания E20CAC

Ответ: 40 °C

1. Начальная температура воды t₁ = 50 °C, обоих одинаковых шариков t₂ = 10 °C. После двух погружений t₄ = 34 °C. Ищем промежуточную температуру t₃ после первого погружения.
Система отсчёта связана со стаканом. Механическая работа, силы и оси в тепловом балансе не нужны. Теплоёмкости считаем постоянными, потерь во внешнюю среду нет. Пусть C — теплоёмкость воды, B — одного шарика. Постоянную теплоёмкость стакана, если её учитывают, включаем в C; стакан изначально имеет температуру воды.

2. Сначала сравним начальное состояние с конечным. Вода охлаждается от t₁ до t₄, а каждый из двух шариков нагревается от t₂ до t₄. Промежуточная температура для этого общего баланса не нужна:
C(t₁ − t₄) = 2B(t₄ − t₂).
CB = 2(t₄ − t₂)t₁ − t₄.
Подстановка:
CB = 2·(34 − 10) К(50 − 34) К = 3.

3. Теперь рассмотрим только первое погружение:
C(t₁ − t₃) = B(t₃ − t₂).
t₃ = Ct₁ + Bt₂C + B.
Подстановка C = 3B:
t₃ = 3·50 °C + 10 °C4 = 40 °C.

4. Проверка вторым погружением. Вода с первым шариком имеют теплоёмкость 4B и охлаждаются на 6 К; второй шарик имеет теплоёмкость B и нагревается на 24 К:
(C + B)(t₃ − t₄) = B(t₄ − t₂).
4B·6 К = B·24 К.
Оба этапа согласованы с t₄ = 34 °C. Ответ: 40 °C.

Термодинамика: схема решения задания E20CAC
Обозначения: Общий баланс двух погружений даёт C = 3B; баланс первого погружения определяет t₃ = 40 °C.

Помочь улучшить сайт

Напишите пожелание к сайту или решению либо сообщите о найденной неточности в задании E20CAC.

Сообщение увидит только команда сайта: на странице оно не публикуется.

Комментарии к решению

Комментарии видны всем посетителям сайта.

Комментариев пока нет. Будьте первым.

Чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь.