Чтобы решить данную задачу, мы будем использовать закон сохранения энергии. Он гласит, что количество тепла, потерянное одним телом, равно количеству тепла, полученному другим телом.
Шаг 1: Определим данные
- Температура меди (T1): 100°С
- Температура воды (T2): 15°С
- Конечная температура смеси (Tс): 18°С
- Масса воды (mв): 420 г (или 0,420 кг)
- Удельная теплоемкость воды (св): 4,18 Дж/(г·°C) или 4180 Дж/(кг·°C)
- Удельная теплоемкость меди (см): 0,385 Дж/(г·°C) или 385 Дж/(кг·°C)
Шаг 2: Запишем уравнение теплопередачи
Пусть масса детали из меди равна mм. Так как при теплообмене выделяется тепло водой и теряется тепло медью, мы можем записать:
Количество теплоты, потерянное медной деталью: \[ Qм = mм \cdot см \cdot (T1 - Tс) \]
Количество теплоты, полученное водой: \[ Qв = mв \cdot св \cdot (Tс - T2) \]
Согласно закону сохранения энергии: \[ Qм = Qв \]
Шаг 3: Подставим известные значения в уравнение
Перепишем уравнение: \[ mм \cdot см \cdot (T1 - Tс) = mв \cdot св \cdot (Tс - T2) \]
Теперь подставим значения: \[ mм \cdot 385 \cdot (100 - 18) = 420 \cdot 4180 \cdot (18 - 15) \]
Шаг 4: Упростим уравнение
Сначала посчитаем каждую часть:
- \(T1 - Tс = 100 - 18 = 82\)
- \(Tс - T2 = 18 - 15 = 3\)
Теперь подставим: \[ mм \cdot 385 \cdot 82 = 420 \cdot 4180 \cdot 3 \]
Теперь рассчитаем правую часть: \[ 420 \cdot 4180 \cdot 3 = 5 254 800 \]
Таким образом, уравнение выглядит так: \[ mм \cdot 385 \cdot 82 = 5 254 800 \]
Теперь посчитаем \(385 \cdot 82\): \[ 385 \cdot 82 = 31 570 \]
Таким образом, у нас остается: \[ mм \cdot 31 570 = 5 254 800 \]
Шаг 5: Найдем массу детали
Теперь, делим обе стороны уравнения на 31 570: \[ mм = \frac{5 254 800}{31 570} \approx 166,6 \, \text{г} \]
Ответ
Таким образом, масса медной детали составляет примерно 166,6 грамм.