В изолированном контейнере сначала смешиваются три порции воды - 100 г, 200 г и 300 г, с начальными температурами

Тема урока: Тепловое равновесие

Инструкция: В данной задаче нам нужно определить конечную температуру в изолированном контейнере после добавления новой порции воды. Для этого мы можем использовать закон сохранения энергии теплоты. Поскольку контейнер изолирован, то вся переданная теплота будет сохраняться в системе.

Тепловая энергия, переданная каждой порции воды, определяется по формуле Q = mcΔT, где Q - тепловая энергия, m - масса вещества, c - удельная теплоемкость вещества и ΔT - изменение температуры.

Сначала найдем тепловую энергию для каждой из трех порций воды:

Q1 = (100 г) * (4.18 Дж/(г∙∘C)) * (20 - Тк), где Тк - температура воды в контейнере после смешивания.

Q2 = (200 г) * (4.18 Дж/(г∙∘C)) * (70 - Тк)

Q3 = (300 г) * (4.18 Дж/(г∙∘C)) * (50 - Тк)

После достижения теплового равновесия, сумма тепловых энергий должна быть равна нулю:

Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 0, где Q4 - тепловая энергия, переданная новой порции воды.

Подставим значения и решим уравнение относительно Тк:

(100 г) * (4.18 Дж/(г∙∘C)) * (20 - Тк) + (200 г) * (4.18 Дж/(г∙∘C)) * (70 - Тк) + (300 г) * (4.18 Дж/(г∙∘C)) * (50 - Тк) + (400 г) * (4.18 Дж/(г∙∘C)) * (20 - Тк) = 0

Решая это уравнение, мы найдем значение Тк - конечной температуры в контейнере.

Например: Найдем конечную температуру в контейнере после смешивания воды, если начальные температуры порций воды равны 20∘C, 70∘C и 50 ∘C, а новая порция воды имеет массу 400 г и температуру 20∘C.

Совет: Чтобы упростить решение данной задачи, удобно использовать единицы измерения, которые соответствуют формуле для удельной теплоемкости (в данном случае это Дж/(г∙∘C)). Также стоит обратить внимание на правильное подстановку значений и расчеты.

Дополнительное задание: Определите конечную температуру в контейнере, если начальные температуры порций воды равны 30∘C, 80∘C и 60 ∘C, а новая порция воды имеет массу 500 г и температуру 25∘C. (округлите ответ до целого числа)