Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 9602
2018-10-20 
Литр воды имеет комнатную температуру $20^{ \circ} С$ и находится в открытом сверху тонкостенном сосуде. В воду быстро (за время меньше чем 1 с) опустили разогретую до $800^{ \circ} С$ тонкую медную плоскую пластину массой 0,64 кг, удерживая её клещами. Пластина лежит в вертикальной плоскости. Верхний край пластины оказался вровень с уровнем воды в сосуде. Движениями пластины воду перемешали, и сразу же опустили в воду термометр. Что он показал?
Удельная теплоёмкость меди $0,38 кДж/(кг \cdot ^{ \circ} С)$, воды - $4,2 кДж/(кг \cdot ^{ \circ} С)$, удельная теплота парообразования воды 2,3 МДж/кг.
Решение:
Поскольку пластина нагрета до температуры, намного большей температуры парообразования воды ($100^{ \circ} С$), при контакте с пластиной часть воды быстро нагреется до температуры кипения, быстро испарится, покинет сосуд и не будет участвовать в дальнейшем теплообмене. Процесс испарения прекратится, когда пластина остынет до $100^{ \circ} С$. Оценим массу испарившейся воды:
$m_{исп} = \frac{ 0,38 \frac{кДж}{кг \cdot ^{ \circ} С} \cdot 0,64 кг \cdot (800^{ \circ} С - 100^{ \circ} С)}{2,3 \frac{МДж}{кг} + 4,2 \frac{кДж}{кг \cdot С^{ \circ} } \cdot 80^{ \circ} } \approx 65 г$.
Масса оставшейся в сосуде воды
$m_{ост} = 1000 г - 65 г = 935 г$.
Искомую температуру $t$ найдём из уравнения теплового баланса:
$4,2 \frac{кДж}{кг \cdot ^{ \circ} С} \cdot 935 г \cdot (t - 20^{ \circ} С) = 0,38 \frac{кДж}{кг \cdot ^{ \circ} С} \cdot 640 г \cdot (100^{ \circ} С - t)$,
$t \approx 24,7^{ \circ} С$.
Литр воды имеет комнатную температуру $20^{ \circ} С$ и находится в открытом сверху тонкостенном сосуде. В воду быстро (за время меньше чем 1 с) опустили разогретую до $800^{ \circ} С$ тонкую медную плоскую пластину массой 0,64 кг, удерживая её клещами. Пластина лежит в вертикальной плоскости. Верхний край пластины оказался вровень с уровнем воды в сосуде. Движениями пластины воду перемешали, и сразу же опустили в воду термометр. Что он показал?
Удельная теплоёмкость меди $0,38 кДж/(кг \cdot ^{ \circ} С)$, воды - $4,2 кДж/(кг \cdot ^{ \circ} С)$, удельная теплота парообразования воды 2,3 МДж/кг.
Решение:
Поскольку пластина нагрета до температуры, намного большей температуры парообразования воды ($100^{ \circ} С$), при контакте с пластиной часть воды быстро нагреется до температуры кипения, быстро испарится, покинет сосуд и не будет участвовать в дальнейшем теплообмене. Процесс испарения прекратится, когда пластина остынет до $100^{ \circ} С$. Оценим массу испарившейся воды:
$m_{исп} = \frac{ 0,38 \frac{кДж}{кг \cdot ^{ \circ} С} \cdot 0,64 кг \cdot (800^{ \circ} С - 100^{ \circ} С)}{2,3 \frac{МДж}{кг} + 4,2 \frac{кДж}{кг \cdot С^{ \circ} } \cdot 80^{ \circ} } \approx 65 г$.
Масса оставшейся в сосуде воды
$m_{ост} = 1000 г - 65 г = 935 г$.
Искомую температуру $t$ найдём из уравнения теплового баланса:
$4,2 \frac{кДж}{кг \cdot ^{ \circ} С} \cdot 935 г \cdot (t - 20^{ \circ} С) = 0,38 \frac{кДж}{кг \cdot ^{ \circ} С} \cdot 640 г \cdot (100^{ \circ} С - t)$,
$t \approx 24,7^{ \circ} С$.
