При якій температурі вода, вагою 2 кг і початковою температурою 30°С, охолоне після втрати 42 кДж енергії

Тема: Тепловой обмен

Пояснение: Для решения этой задачи нам необходимо использовать первый закон термодинамики, который гласит, что изменение внутренней энергии тела равно сумме полученного или отданного телом тепла и совершенной им работы.

Сначала мы можем вычислить изменение внутренней энергии воды по формуле ΔU = m * c * ΔT, где m - масса воды (2 кг), c - удельная теплоемкость воды (4.186 Дж/г∙°C), ΔT - изменение температуры. Учитывая, что изначальная температура воды составляет 30°С, мы хотим найти ΔT.

Сумма полученного или отданного тепла телом равна разнице между начальной и конечной внутренней энергией. В данной задаче тело (вода) отдает тепло окружающей среде, поэтому ΔQ = -42 кДж (отрицательное значение).

Теперь мы можем воспользоваться формулой ΔU = ΔQ + ΔW, где ΔW - механическая работа, в данном случае равная 0, так как мы не выполняем никакой работы над системой.

Подставляя известные значения в уравнение, получаем 2 * 4.186 * ΔT = -42000, откуда ΔT = -42000 / (2 * 4.186) ≈ -5045.6 °C.

Таким образом, вода охладится при температуре около -5045.6 °C после потери 42 кДж энергии внешней средой.

Пример: Система получила 20 кДж энергии от окружающей среды, при изначальной температуре 25 °C. Какая будет конечная температура, если масса системы составляет 3 кг?

Совет: Для успешного решения задачи по тепловому обмену необходимо хорошо знать удельные теплоемкости различных веществ, а также уметь применять первый закон термодинамики.

Дополнительное упражнение: Вода массой 1.5 кг начинает кипеть при температуре 100 °C. Сколько тепла будет поглощено водой, чтобы она превратилась в пар с температурой 100 °C?