Макар не любит пить крепкий горячий кофе, поэтому он всегда разбавляет кофе очень холодной водой в отношении 3:2 (например, к 150 г кофе добавляет 100 г воды). Определите, какой станет температура напитка после установления теплового равновесия между кофе и долитой водой, если начальная температура воды 0 °С, Исходная температура горячего кофе +90 °С. Удельные теплоёмкости воды и кофе одинаковые. Смешивание происходит быстро, поэтому потерями теплоты можно пренебречь. Ответ: °C.
Пусть масса кофе равна m1, масса воды - m2, удельная теплоёмкость веществ - c.
Сначала найдем количество теплоты, которое отдаст кофе при охлаждении от 90 °C до Т °C: Q1 = c m1 (90 - T)
После этого кофе и вода будут иметь одинаковую температуру Т. Найдем их среднюю температуру: (T1 + 90) / 2 = T
Далее найдем количество теплоты, которое получит вода при нагревании от 0 °C до Т °C: Q2 = c m2 (T - 0)
Согласно закону сохранения энергии, количество теплоты, которое отдал кофе, равно количеству теплоты, которое получила вода: Q1 = Q2 c m1 (90 - T) = c m2 (T - 0)
Используя данные условия и преобразуя уравнение, найдем температуру Т: m1 90 = m2 T m1 90 = m2 (90 - T) 90 m1 = 90 m2 - m2 T T = (90 m1) / m2 - 90
Так как кофе и вода смешиваются в отношении 3:2, то m1/(m1+m2) = 3/5, m2/(m1+m2) = 2/5, поэтому m1 = 3m2/2.
Подставив это выражение в уравнение для T, получим: T = (90 * 3m2/2) / m2 - 90 = 135 - 90 = 45 °C
Итак, температура напитка после установления теплового равновесия будет равна 45 °C.
Пусть масса кофе равна m1, масса воды - m2, удельная теплоёмкость веществ - c.
Сначала найдем количество теплоты, которое отдаст кофе при охлаждении от 90 °C до Т °C:
Q1 = c m1 (90 - T)
После этого кофе и вода будут иметь одинаковую температуру Т. Найдем их среднюю температуру:
(T1 + 90) / 2 = T
Далее найдем количество теплоты, которое получит вода при нагревании от 0 °C до Т °C:
Q2 = c m2 (T - 0)
Согласно закону сохранения энергии, количество теплоты, которое отдал кофе, равно количеству теплоты, которое получила вода:
Q1 = Q2
c m1 (90 - T) = c m2 (T - 0)
Используя данные условия и преобразуя уравнение, найдем температуру Т:
m1 90 = m2 T
m1 90 = m2 (90 - T)
90 m1 = 90 m2 - m2 T
T = (90 m1) / m2 - 90
Так как кофе и вода смешиваются в отношении 3:2, то m1/(m1+m2) = 3/5, m2/(m1+m2) = 2/5,
поэтому m1 = 3m2/2.
Подставив это выражение в уравнение для T, получим:
T = (90 * 3m2/2) / m2 - 90 = 135 - 90 = 45 °C
Итак, температура напитка после установления теплового равновесия будет равна 45 °C.