В калориметр, который содержит 1 кг воды, впустили 40 г водяного пара температурой 100°С. Какова была начальная температура воды, если конечная температура в калориметре равна 60°С?

Физика 11 класс Тепловые явления калориметр вода температура водяной пар теплопередача физика 11 класс начальная температура конечная температура Новый

Для решения данной задачи мы будем использовать закон сохранения энергии, который в данном случае гласит, что количество теплоты, отданное паром, равно количеству теплоты, полученному водой.

Сначала определим, какие процессы происходят в калориметре:

• Водяной пар конденсируется в воду, отдавая тепло.
• Полученная вода и уже имеющаяся в калориметре вода нагреваются до конечной температуры.

Теперь запишем формулы для количества теплоты:

1. Количество теплоты, отданное паром при конденсации:

Q1 = m1 * L

где:

• m1 = 0.04 кг (масса пара)
• L = 2260 кДж/кг (латентная теплота конденсации воды)
2. Количество теплоты, которое получит вода (как от пара, так и от уже имеющейся воды):

Q2 = m2 * c * (T_final - T_initial)

где:

• m2 = 1 кг (масса воды)
• c = 4200 Дж/(кг·°C) (удельная теплоемкость воды)
• T_final = 60°C (конечная температура)
• T_initial = ? (начальная температура воды)

Теперь запишем уравнение теплового баланса:

Q1 = Q2

Подставим значения:

0.04 * 2260 = 1 * 4200 * (60 - T_initial)

Теперь посчитаем Q1:

Q1 = 0.04 * 2260 = 90.4 кДж

Теперь подставим это значение в уравнение:

90.4 = 4200 * (60 - T_initial)

Теперь выразим T_initial:

90.4 = 4200 * 60 - 4200 * T_initial

90.4 = 252000 - 4200 * T_initial

4200 * T_initial = 252000 - 90.4

4200 * T_initial = 251909.6

T_initial = 251909.6 / 4200

T_initial ≈ 59.5°C

Таким образом, начальная температура воды в калориметре была примерно 59.5°C.