Какой будет конечная температура воды объемом 0,8 л в медном калориметре массой 0,7 кг, если ее начальная температура составляет 12 градусов по Цельсию, и в калориметр будет введено 0,05 кг водяного пара при 100 градусах по Цельсию?

Физика 9 класс Теплообмен и калориметрия конечная температура воды медный калориметр начальная температура водяной пар физика 9 класс теплообмен термодинамика задачи по физике Новый

Для решения этой задачи нам необходимо использовать закон сохранения энергии, который гласит, что сумма теплот, переданных между телами, равна нулю. В нашем случае тепло, переданное водяным паром, будет равно теплу, полученному водой и медным калориметром.

Давайте обозначим:

• m1 - масса воды = 0,8 кг (поскольку 1 л воды весит 1 кг)
• c1 - удельная теплоемкость воды = 4200 Дж/(кг·°C)
• T1 - начальная температура воды = 12 °C
• m2 - масса медного калориметра = 0,7 кг
• c2 - удельная теплоемкость меди = 385 Дж/(кг·°C)
• T2 - начальная температура медного калориметра = 12 °C (предполагаем, что он изначально в равновесии с водой)
• m3 - масса водяного пара = 0,05 кг
• c3 - удельная теплоемкость водяного пара = 2010 Дж/(кг·°C)
• T3 - начальная температура водяного пара = 100 °C
• Tf - конечная температура системы (что мы хотим найти)

Теперь запишем уравнение теплового баланса:

1. Тепло, отданное водяным паром: Qпара = m3 * c3 * (T3 - Tf)
2. Тепло, полученное водой: Qвода = m1 * c1 * (Tf - T1)
3. Тепло, полученное медным калориметром: Qкалориметр = m2 * c2 * (Tf - T2)

Согласно закону сохранения энергии:

Qпара = Qвода + Qкалориметр

Подставим выражения для тепла:

m3 c3 (T3 - Tf) = m1 c1 (Tf - T1) + m2 c2 (Tf - T2)

Теперь подставим известные значения:

0,05 2010 (100 - Tf) = 0,8 4200 (Tf - 12) + 0,7 385 (Tf - 12)

Упростим уравнение:

100,5 (100 - Tf) = 3360 (Tf - 12) + 269,5 * (Tf - 12)

Теперь объединим все члены:

100,5 100 - 100,5 Tf = (3360 + 269,5) Tf - (3360 + 269,5) 12

Сложим и упростим:

10050 - 100,5 Tf = 3629,5 Tf - 40578

Переносим все Tf на одну сторону:

10050 + 40578 = 3629,5 Tf + 100,5 Tf

Складываем числа:

50528 = 3730 * Tf

Теперь делим обе стороны на 3730:

Tf = 50528 / 3730 ≈ 13,5 °C

Таким образом, конечная температура воды в медном калориметре составит примерно 13,5 градуса Цельсия.