Question

В медный чайник массой 500 грамм при температуре 15 градусов налили 600 грамм горячей воды при температуре 95 градусов. Какая температура установилась в чайнике? Удельная теплоемкость меди 400дж/кг*С, а воды 4200 дж/кг*С.

Answer 1

Энергия, отдаваемая при охлаждении горячей воды, тратится на нагрев чайника. После достижения равновесия температура воды и чайника уравняются, обозначим равновесную температуру за T.

При охлаждении воды массой M1 от температуры T1 до T выделится энергия Q = C1 M1 (T1 - T)
При нагреве чайника массой M2 от температуры T2 до T поглотится энергия Q = C2 M2 (T - T2)

Уравнение теплового баланса: C1 M1 (T1 - T) = C2 M2 (T - T2)

Находим из него T:
C1 M1 T1 - C1 M1 T = C2 M2 T - C2 M2 T2
C1 M1 T1 + C2 M2 T2 = C1 M1 T + C2 M2 T [*]
(C1 M1 + C2 M2) T = C1 M1 T1 + C2 M2 T2
T = (C1 M1 T1 + C2 M2 T2) / (C1 M1 + C2 M2)

Подставляем числа (формула - отношение, поэтому достаточно, чтобы величины имели одинаковые размерности, переводить в СИ необязательно):
T = (4200 * 600 * 95 + 400 * 500 * 15) / (4200 * 600 + 400 * 500) = 89 °С

Ответ. 89 °C.

________________________________________________

Хочу сделать 2 замечания.
1) Исходные температуры были даны с точностью до двух знаков, поэтому у меня в ответе оставлены две значащие цифры. Если подставлять выражение в калькулятор, выйдет 89,117647..., но оставлять слишком большое количество знаков будет ошибкой.
2) Взглянем на выражение, помеченное [*]. Если думать, что нагретое до температуры T тело обладает энергией CMT, то написан закон сохранения энергии: в начальном и конечном состояниях суммарные энергии воды и чайника равны.

Answer 2

Для решения этой задачи мы можем использовать закон сохранения энергии.

Сначала найдем количество тепла, которое передалось от горячей воды медному чайнику. Для этого воспользуемся формулой:

Q = mcΔT,

где Q - количество тепла, m - масса вещества, c - удельная теплоемкость вещества, ΔT - изменение температуры.

Для меди: Q_меди = 500г * 400Дж/кг*С * (T - 15°) Для воды: Q_воды = 600г * 4200Дж/кг*С * (95° - T)

Так как количество тепла, переданного от воды медному чайнику, равно количеству тепла, полученному медью, то:

500г * 400Дж/кг*С * (T - 15°) = 600г * 4200Дж/кг*С * (95° - T)

Решив это уравнение, мы найдем температуру в чайнике.