2018-10-28
Имеется 4 одинаковых сосуда. Два из них пустые, а два других полностью заполнены водой -один горячей (температура $T_{1} = 80^{ \circ} С$), а другой - холодной (температура $T_{2} = 20^{ \circ} С$). Масса воды в полном сосуде равна $M = 1 кг$. Всю холодную воду разливают по двум пустым сосудам, и в них же выливают и всю горячую так, что ничего не пролилось. После этого значения температур воды в сосудах стали равны $70^{ \circ} С$ и $28^{ \circ} С$ градусов. Какое количество тепла $Q$ было передано при переливаниях воды в окружающую среду? Считать, что плотность воды слабо зависит от температуры, а собственной теплоемкостью сосудов можно пренебречь. Удельная теплоемкость воды $4200 Дж/(кг \cdot град)$.
Решение:
Пусть после разливания холодной воды масса воды в одном, ранее пустом сосуде равна $M_{1}$, а в другом - $M_{2}$. Это значит, в частности, что полная масса воды в одном сосуде равна $M = M_{1} + M_{2}$. Тогда, для того, чтобы заполнить эти сосуды до верха, надо долить в них воды массой $M_{2}$ и $M_{1}$, соответственно, так как объемы всех сосудов одинаковы, плотность считается постоянной, а вся вода остается в сосудах.
Обозначим через $Q$ количество энергии, переданной в окружающую среду.
Тогда уравнение теплового баланса при смешивании жидкостей в обоих сосудах имеет вид:
$(M_{1} + M_{2})CT_{1} + ( M_{1} + M_{2})CT_{2} = (M_{1} + M_{2})C(T_{1} - 10) + (M_{1} + M_{2})C(T_{2} + 8) + Q$,
Здесь изменения температур более горячей и более холодной порций воды до и после переливаний указана в градусах.
Преобразуя, получаем, $Q = (M_{1} + M_{2})C(10 - 8) = 8400 Дж$.