Какова была масса железной детали в кг, если ее нагрели до 1000°C и бросили в ведро, содержащее 10 литров воды

Тема вопроса: Тепловой расчёт

Объяснение: Для решения этой задачи нам необходимо учесть тепловой обмен между железной деталью и водой. Давайте начнем с определения теплового баланса между железной деталью и водой.

Согласно принципу сохранения энергии, количество тепла, переданного от железной детали к воде, должно быть равным количеству тепла, поглощенному водой. Мы можем использовать следующую формулу:

Qжелезо = Qвода,

где Qжелезо - количество тепла, переданного от железной детали,
Qвода - количество тепла, поглощенное водой.

Количество тепла, переданного от железной детали, можно вычислить с помощью следующей формулы:

Qжелезо = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры,

где:
масса - масса железной детали,
удельная теплоемкость - удельная теплоемкость железа,
изменение температуры - разница температур железной детали до и после нагрева.

Количество тепла, поглощенное водой, можно вычислить с помощью следующей формулы:

Qвода = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры,

где:
масса - масса испарившейся воды,
удельная теплоемкость - удельная теплоемкость воды,
изменение температуры - разница температур воды до и после испарения.

Согласно условию, половина воды испарилась, поэтому массу испарившейся воды можно выразить следующим образом:

масса испарившейся воды = (масса воды) / 2.

Подставляя эти формулы в уравнение теплового баланса, получаем:

масса железной детали × удельная теплоемкость железа × изменение температуры = (масса воды / 2) × удельная теплоемкость воды × изменение температуры.

Мы знаем все значения кроме массы железной детали, поэтому можем выразить ее:

масса железной детали = ((масса воды / 2) × удельная теплоемкость воды × изменение температуры) / (удельная теплоемкость железа × изменение температуры).

Подставив известные значения, получим ответ на задачу.

Дополнительный материал:
Дано:
масса воды = 10 литров = 10 кг,
изменение температуры воды = 1000°C - 20°C = 980°C,
удельная теплоемкость железа = 460 дж/кг×С,
удельная теплоемкость воды = 4200 дж/кг×С.

Найдем массу железной детали:
масса железной детали = ((10 кг / 2) × 4200 дж/кг×С × 980°C) / (460 дж/кг×С × 980°C) = 5 кг.

Таким образом, масса железной детали составляет 5 кг.

Совет: Для более легкого понимания тепловых расчетов рекомендуется ознакомиться с определениями и формулами, которые используются в этих расчетах. Понимание основных принципов теплового обмена и сохранения энергии также поможет в решении подобных задач.

Практика:
Теперь попробуйте решить задачу с другими значениями. Предположим, что масса воды составляет 15 кг, изменение температуры равно 500°C, удельная теплоемкость железа - 550 дж/кг×С, а удельная теплоемкость воды - 3800 дж/кг×С. Какова будет масса железной детали в этом случае?