При какой температуре достигается тепловое равновесие, если смешать воду объемом 0,4 м при температуре 20°C и воду

Тепловое равновесие

Разъяснение: Тепловое равновесие достигается, когда два тела, находящиеся в теплообмене, достигают одинаковой температуры. Это происходит потому, что теплота переходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой до тех пор, пока оба тела не достигнут равновесия.

Решение: Для решения данной задачи мы можем воспользоваться законом сохранения энергии. Сумма теплоты, переданной одной жидкостью, должна быть равной сумме теплоты, полученной другой жидкостью, чтобы достигнуть теплового равновесия.

С помощью формулы для теплоты Q, где Q = mcΔT (m - масса, c - удельная теплоемкость, ΔT - изменение температуры), мы можем выразить теплоту как Q = mcΔT.

Объединяя две формулы и учитывая, что сумма теплоты должна быть равной нулю, получаем уравнение:

m1c1(20 - T) + m2c2(T - 70) = 0,

где m1 и m2 - массы воды, c1 и c2 - удельные теплоемкости воды, 20 и 70 - исходные температуры воды, а T - искомая температура теплового равновесия.

Решая это уравнение относительно T, мы найдем искомую температуру, при которой достигается тепловое равновесие.

Демонстрация:
У нас есть две жидкости, вода объемом 0,4 м³ при температуре 20°C и вода объемом 0,1 м³ при температуре 70°C. Какая будет температура, при которой достигается тепловое равновесие?

Совет: При решении этой задачи можно использовать уравнение сохранения энергии, а также помнить, что теплота будет переходить в направлении от более горячей жидкости к более холодной жидкости.

Закрепляющее упражнение:
Два металлических предмета массой 0,5 кг и 0,8 кг при температурах 50°C и 80°C соответственно помещаются в сосуд, содержащий 2 л воды при температуре 25°C. Какая будет температура равновесия? (Удельная теплоемкость воды равна 4,18 Дж/(г°C), а для металла примем 0,5 Дж/(г°C)).