при обработке металлической детали массой 400 г она нагрелась до состояния ярко-жёлтого коленя при опускании детали в воду объём 0,9 л и температурой 22° температура воды увеличилась до 60°. определите температуру раскалённой детали справочные данные удельная теплоёмкость воды 4.200 дж/кг умножить на Цельсий удельная теплоёмкость металла 460 дж / килограмм х на градус плотность воды равна 1.000 кг/м³
Готово, давайте разберём по шагам.
Цель задачи: определить начальную температуру раскалённой металлической детали, если она опускалась в воду, вода нагрелась с 22°C до 60°C, объём воды 0,9 л, масса металла 400 г, теплоёмкости: вода c_w = 4200 J/(kg·K), металл c_m = 460 J/(kg·K). Предполагаем, что теплообмен идёт только между металлом и водой (без теплопотерь в окружающую среду).
1) Приведём данные к единицам СИ и найдём массу воды.
- Объём воды V = 0,9 л = 0,0009 м³.
- Плотность воды ρ ≈ 1000 кг/м³ (обычно берём 1 кг/л). Тогда масса воды m_w = ρV ≈ 1000 × 0,0009 = 0,9 кг.
2) Тепло воды за счёт повышения температуры:
- ΔT_w = T_final_water − T_initial_water = 60°C − 22°C = 38 K.
- Q_w = m_w c_w ΔT_w = 0,9 kg × 4200 J/(kg·K) × 38 K.
Q_w = 0,9 × 4200 × 38 = 143 640 Дж.
3) Энергия, которую отдают металл, при остывании до 60°C:
- Масса металла m_m = 400 г = 0,400 kg.
- Удельная теплоёмкость металла c_m = 460 J/(kg·K).
- Пусть начальная температура металла T_0. При остывании до 60°C металл теряет тепло:
Q_m = m_m c_m (T_0 − 60).
По закону сохранения энергии Q_m = Q_w (тепло от металла идёт воде, без потерь).
4) Решим относительно T_0:
- m_m c_m = 0,400 × 460 = 184 J/K.
- T_0 − 60 = Q_w / (m_m c_m) = 143 640 / 184 ≈ 780,65 K.
- Следовательно, T_0 ≈ 60 + 780,65 ≈ 840,65 °C.
Округлим до разумной точности:
- T_0 ≈ 841 °C.
Ответ: начальная температура раскалённой детали примерно 8,4 × 10^2 °C, т.е. около 841 °C.
Замечание по данным в задаче:
- Для расчётов обычно используют плотность воды ρ ≈ 1000 кг/м³, что даёт m_w ≈ 0,9 кг для 0,9 л воды. Если взять ρ в необычных единицах (например, 1,000 кг/м³ как указано в исходных данных), получится существенно другое значение массы воды и, соответственно, другой ответ. Здесь используем стандартную величину ρ ≈ 1000 кг/м³.