В калориметре находится 0,5 кг воды при 16°С. В него впускают 20 г водяного пара при 100°С. Какой будет температура воды, когда установится тепловое равновесие?

Полное решение, пожалуйста.

Физика 11 класс Тепловые явления калориметр тепловое равновесие температура воды водяной пар физика 11 класс задача по физике теплообмен расчет температуры закон сохранения энергии Новый

Чтобы решить задачу, нам нужно использовать принцип сохранения энергии. В данном случае, теплота, которую отдаёт водяной пар, будет равна теплоте, которую принимает вода.

Шаг 1: Определение данных

• Масса воды (m1) = 0,5 кг = 500 г
• Начальная температура воды (T1) = 16°С
• Масса водяного пара (m2) = 20 г
• Начальная температура водяного пара (T2) = 100°С
• Удельная теплоёмкость воды (c) = 4,18 Дж/(г·°С)
• Удельная теплота конденсации водяного пара (L) = 2260 Дж/г

Шаг 2: Определение конечной температуры

Обозначим конечную температуру, когда установится тепловое равновесие, как T.

Шаг 3: Запись уравнения теплового баланса

Теплота, которую отдаёт водяной пар при конденсации и охлаждении до конечной температуры, равна теплоте, которую принимает вода. Это можно записать следующим образом:

Теплота, отдаваемая паром:

• Q1 = m2 * L + m2 * c * (T - T2)

Теплота, принимаемая водой:

• Q2 = m1 * c * (T - T1)

Теперь у нас есть уравнение:

• m2 * L + m2 * c * (T - T2) = m1 * c * (T - T1)

Шаг 4: Подставим известные значения

• 20 * 2260 + 20 * 4,18 * (T - 100) = 500 * 4,18 * (T - 16)

Шаг 5: Упростим уравнение

• 45200 + 83.6 * (T - 100) = 2090 * (T - 16)

Раскроем скобки:

• 45200 + 83.6T - 8360 = 2090T - 33440

Соберём все T в одной части:

• 45200 - 8360 + 33440 = 2090T - 83.6T

Считаем:

• 45200 - 8360 + 33440 = 2090T - 83.6T
• 45200 - 8360 = 33440
• 33440 + 8360 = 2090T - 83.6T
• 41800 = 2006.4T

Шаг 6: Найдём T

• T = 41800 / 2006.4 ≈ 20.8°С

Ответ: Конечная температура воды, когда установится тепловое равновесие, будет примерно 20.8°С.