Согласно закону сохранения энергии, в изолированной системе, где происходит теплообмен между горячей и холодной водой, количество теплоты, переданное одной из сторон, должно быть равно количеству теплоты, отданному другой стороной.
Обозначим количество теплоты, переданное холодной воде, как \( Q_1 \), а количество теплоты, отданное горячей воде, как \( Q_2 \).
Согласно первому закону термодинамики и принципу сохранения энергии, мы можем записать:
\[ |Q_1| = |Q_2| \]
То есть, модуль количества теплоты, полученного холодной водой, равен модулю количества теплоты, отданному горячей водой.
Количество теплоты определяется по формуле:
\[ Q = mc\Delta T \]
где:
- \( m \) — масса вещества,
- \( c \) — удельная теплоемкость,
- \( \Delta T \) — изменение температуры.
Для холодной воды, которая получает тепло, выражение будет:
\[ Q_1 = m_1 c_1 (T_f - T_1) \]
где \( T_f \) — конечная температура, \( T_1 \) — начальная температура холодной воды.
Для горячей воды, которая отдает тепло, у нас будет:
\[ Q_2 = m_2 c_2 (T_2 - T_f) \]
где \( T_2 \) — начальная температура горячей воды.
Теперь, применяя наш закон о количестве теплоты:
\[ m_1 c_1 (T_f - T_1) = m_2 c_2 (T_2 - T_f) \]
Это уравнение показывает, как связаны массы, удельные теплоемкости и изменения температуры горячей и холодной воды в процессе термодинамического равновесия.
Таким образом, мы приходим к выводу, что при теплообмене в изолированной системе количество теплоты, переданное холодной водой, равно количеству теплоты, отданному горячей водой.