Изучение процесса теплообмена

Question

Реши задание на изображении

Расшифровка фото нейросетью:
Изучение процесса теплообмена

Параметры горячей воды
V₁ = 0,1 л
t₁ = 60 °C

Параметры воды в калориметре
V = 0,2 л
t = 40 °C

Параметры холодной воды
V₂ = 0,1 л
t₂ = 20 °C

[Рисунок: слева стакан с водой на нагревателе, рядом термометр; в центре сосуд со шкалой 0,1–0,5; справа стакан с водой и термометр.]

Answer

Краткий ответ: температура смеси будет $\boxed{40^\circ C}$, если не учитывать теплоёмкость калориметра и потери тепла.

На рисунке:
$V_1=V_2=0{,}1$ л, $t_1=60^\circ C$, $t_2=20^\circ C$.

1. Масса воды:
$$
m=\rho V=1\cdot 0{,}1=0{,}1\ \text{кг}
$$
для каждой порции.

2. Теплота, отданная горячей водой, равна теплоте, полученной холодной:
$$
Q_{\text{отд}}=Q_{\text{прин}}
$$
$$
c m(t_1-t)=c m(t-t_2)
$$

3. Массы одинаковы, поэтому $c$ и $m$ сокращаются:
$$
t_1-t=t-t_2
$$
$$
2t=t_1+t_2
$$
$$
t=\frac{60+20}{2}=40^\circ C
$$

Проверка: горячая вода остыла на $20^\circ C$, холодная нагрелась на $20^\circ C$.
Количество теплоты:
$$
Q=4200\cdot0{,}1\cdot20=8400\ \text{Дж}=8{,}4\ \text{кДж}
$$
То есть каждая порция участвует в теплообмене на $8{,}4$ кДж, баланс сходится.

В реальном калориметре часть теплоты пошла бы на нагревание сосуда, поэтому температура оказалась бы немного ниже $40^\circ C$.