Какова температура напитка после смешивания горячего кофе и холодной воды в соотношении 2:1, если начальная температура кофе составляет +90 °С, а температура воды - 0 °С? Учитывая, что удельные теплоёмкости воды и кофе одинаковые и потерь теплоты нет.
Физика11 классТеплопередача и теплообментемпература напиткасмешивание кофе и водыгорячий кофехолодная водасоотношение 2:1начальная температура кофетемпература водыудельные теплоёмкостипотери теплотыфизика 11 класс
Для решения этой задачи мы будем использовать принцип сохранения энергии, который гласит, что теплота, потерянная горячим кофе, равна теплоте, полученной холодной водой. Мы будем обозначать:
Согласно условию, соотношение масс кофе и воды составляет 2:1. Это значит, что если масса воды m2 = m, то масса кофе m1 = 2m.
Теперь мы можем записать уравнение для сохранения теплоты:
Теплота, потерянная кофе = Теплота, полученная водойЭто можно записать в виде:
m1 * c * (T1 - T) = m2 * c * (T - T2где c - удельная теплоёмкость (которая одинаковая для кофе и воды, поэтому мы можем её сократить). Подставим массы:
2m * (T1 - T) = m * (T - T2)Сократим m:
2 * (T1 - T) = (T - T2)Теперь подставим значения:
2 * (90 - T) = (T - 0)Раскроем скобки:
180 - 2T = TТеперь соберем все T в одну сторону:
180 = 3TРешим уравнение:
T = 180 / 3 = 60 °CТаким образом, конечная температура напитка после смешивания горячего кофе и холодной воды в соотношении 2:1 составит 60 °C.