З якого матеріалу складається металева кулька масою 900 г, яку нагріли до 155 °С, а потім опустили в посудину

Тема занятия: Теплообмін

Пояснення: Для розв"язання цієї задачі нам потрібно застосувати закон теплообміну. Згідно з цим законом, кількість тепла, яку отримають всі тіла в результаті теплообміну, однакова. Теплообмін між металевою кулькою і водою відбувається за наступним законом:

м1 * c1 * (T1 - T) = м2 * c2 * (Т - Т2),

де м1 - маса тіла 1 (металева кулька), c1 - його теплоємність, T1 - початкова температура тіла 1, м2 - маса тіла 2 (вода), c2 - його теплоємність, Т - кінцева температура тіла 2, Т2 - початкова температура тіла 2.

Маса металевої кульки = 900 г, початкова температура = 155 °C, маса води = 3000 г, початкова температура = 10 °C, кінцева температура = 15 °C.

Крім того, теплоємність металу можна знайти в таблицях. Припустимо, що це сплав заліза. Теплоємність заліза становить 0,45 Дж/г °C. Теплоємність води - 4,18 Дж/г °C.

Після підстановки відповідних значень у рівняння теплообміну та розв"язання його відносно Т, отримуємо кінцеву температуру води Т:

900 г * 0,45 Дж/г °C * (155 °C - T) = 3000 г * 4,18 Дж/г °C * (Т - 10 °C).

Прораховуючи це рівняння, отримуємо, що кінцева температура води Т становить 14,6 °C. Таким чином, температура води змінилася з 10 °C до 14,6 °C після теплообміну з металевою кулькою.

Приклад використання: Як зміниться температура води, якщо металеву кульку масою 500 г нагріти до 200 °C, а потім опустити в посудину з 2 літрами води, температура якої становить 20 °C?

Порада: Для вирішення задачі про теплообмін між двома тілами необхідно застосувати закон теплообміну та правильно підставити значення мас, теплоємності та температур в рівняння.

Вправа: У якому напрямку відбувається теплообмін у цій задачі - від металевої кульки до води чи навпаки? Чому?