Чтобы решить эту задачу, мы можем воспользоваться законом сохранения энергии, который гласит, что вся энергия, переданная от горячего тела (в данном случае кипятка) к холодному (воде при 20 градусах), должна равняться нулю.
Давайте обозначим:
- \( V_1 = 0,5 \) л – объем воды при температуре 20 градусов,
- \( T_1 = 20 \) °C – начальная температура воды,
- \( T_f = 80 \) °C – конечная температура смеси,
- \( V_2 \) – объем кипятка, который нужно добавить,
- \( T_2 = 100 \) °C – температура кипятка.
Применим уравнение для энергии до изменения температуры:
\[ Q_{вода} + Q_{кипяток} = 0 \]
Для воды:
\[ Q_{вода} = V_1 \cdot c \cdot (T_f - T_1) \]
Для кипятка:
\[ Q_{кипяток} = V_2 \cdot c \cdot (T_f - T_2) \]
где \( c \) – удельная теплоемкость воды (в данном случае она сокращается, поскольку она одинакова для обеих частей).
Таким образом, мы можем записать уравнение:
\[ 0,5 \cdot (80 - 20) + V_2 \cdot (80 - 100) = 0 \]
Перепишем уравнение:
\[ 0,5 \cdot 60 + V_2 \cdot (-20) = 0 \]
Теперь решим его:
\[ 30 = 20V_2 \]
Следовательно,
\[ V_2 = \frac{30}{20} = 1,5 \, \text{л} \]
Таким образом, необходимо добавить 1,5 литра кипятка, чтобы установить температуру смеси на уровне 80 градусов.