Смешали 24 кг цемента при температуре 5 C с 30 л воды при температуре 35 C. Определить

Условие задачи:

Смешали 24 кг цемента при температуре 5° C с 30 л воды при температуре 35° C. Определить температуру раствора. Потерями пренебречь. Удельная теплоемкость цемента — 830 Дж/(кг·К).

Задача №5.1.22 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

\(m_1=24\) кг, \(t_1=5^\circ\) C, \(V_2=30\) л, \(t_2=35^\circ\) C, \(c_1=830\) Дж/(кг·К), \(t-?\)

Решение задачи:

Запишем уравнение теплового баланса:

\[{Q_1} = {Q_2}\]

Здесь \(Q_1\) — количество теплоты, полученное цементом от воды при нагревании до температуры \(t\), \(Q_2\) — количество теплоты, отданное водой цементу при охлаждении до той же температуры. Распишем количества теплоты по известным формулам:

\[{c_1}{m_1}\left( {t — {t_1}} \right) = {c_2}{m_2}\left( {{t_2} — t} \right)\]

Удельная теплоемкость воды \(c_2\) равна 4200 Дж/(кг·°C).

Распишем массу воды \(m_2\) как произведение плотности воды \(\rho_2\) на объем \(V_2\). Напомним, что плотность воды равна 1000 кг/м3.

\[{c_1}{m_1}\left( {t — {t_1}} \right) = {c_2}{\rho _2}{V_2}\left( {{t_2} — t} \right)\]

Раскроем скобки в обеих частях равенства:

\[{c_1}{m_1}t — {c_1}{m_1}{t_1} = {c_2}{\rho _2}{V_2}{t_2} — {c_2}{\rho _2}{V_2}t\]

Все члены с множителем \(t\) перенесем в левую сторону, вынесем его за скобки, остальные члены перенесем в правую сторону.

\[t\left( {{c_1}{m_1} + {c_2}{\rho _2}{V_2}} \right) = {c_1}{m_1}{t_1} + {c_2}{\rho _2}{V_2}{t_2}\]

\[t = \frac{{{c_1}{m_1}{t_1} + {c_2}{\rho _2}{V_2}{t_2}}}{{{c_1}{m_1} + {c_2}{\rho _2}{V_2}}}\]

Переведём объем из литров в кубические метры:

\[30\;л = 0,03\;м^3\]

Произведём расчет численного ответа:

\[t = \frac{{830 \cdot 24 \cdot 5 + 4200 \cdot 1000 \cdot 0,03 \cdot 35}}{{830 \cdot 24 + 4200 \cdot 1000 \cdot 0,03}} = 31^\circ\;C  = 304\;К\]

Ответ: 304 К.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Смотрите также задачи:

5.1.21 Для экономии энергии стальной бак массой 4 кг заменили стальной сеткой массой 1,5 кг
5.1.23 Для приготовления ванны необходимо смешать холодную воду при 11 C и горячую
5.1.24 Автомобиль расходует 5,67 кг бензина на 50 км пути. Определить мощность, развиваемую

Пожалуйста, поставьте оценку
( 4 оценки, среднее 5 из 5 )
Вы можете поделиться с помощью этих кнопок:
Комментарии: 10
  1. Аноним

    Я задал эту задачку искуственному интеллекту, он нарешал что температура будет 46.86 по цельсию

  2. Аноним

    no

  3. Василий

    Здравствуйте. А как решалась бы задача (по каким формулам), если б было сказано: учесть потери?

    1. Easyfizika (автор)

      При данном условии я не могу учесть потери, мне банально не хватает данных. При учете потерь в условии будут даны величины, которые характеризуют данные потери, например, количество теряемой в секунду энергии (или общее количество теряемой энергии). Тогда Вы просто должны учесть её в уравнении теплового баланса.

  4. Аноним

    Почему литры были переведены в метры³?

    1. Easyfizika (автор)

      При подставлении в формулы численных величин Вы должны их переводить в единицы системы СИ. В этой системе единица измерения объема — кубические метры, а не литры, поэтому мы и переводили литры в кубические метры.

  5. Эмиль

    А разве это не ошибка то что у вас c2 в Дж/кг*К, а остальное в С?

    1. Easyfizika (автор)

      Нет. Удельная теплоемкость определяется по формуле:\[c = \frac{Q}{{m\Delta t}}\]Так как изменение температуры в обоих шкалах температур (Цельсия и Кельвина) выражается одинаковым числом (см. объяснение ниже), то размерности Дж/(кг·°C) и Дж/(кг·К) абсолютно эквивалентны. То есть 830 Дж/(кг·К) равно 830 Дж/(кг·°C).

      Изменение температуры в обоих шкалах выражается одинаковым числом. Например, у Вас есть вода при 0° С (273 К). Вы нагреваете её до 100° С (373 К). Очевидно, что изменение температуры равно 100° С (100 К). Изменение температуры (!) одинаково и в шкале Цельсия, и в шкале Кельвина. :smile:

  6. Аноним

    ρV=m

    1. Easyfizika (автор)

      Да, об этом в решении также указано.

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: