Решение. Для достижения необходимого результата надо холодную воду разделить на несколько частей и нагревать их поочередно. Рассмотрим простейший вариант: разделим холодную воду на две части. Нальем в сосуд часть холодной воды из первого термоса, затем опустим сосуд во второй термос (с горячей водой). Спустя некоторое время в результате теплообмена температура воды в термосе и тонкостенном сосуде сравняется, причем установившаяся температура Θ1 будет удовлетворять двойному неравенству; t1 < Θ1 < t2, (1) где t1 − начальная температура холодной воды (первый термос), t2 − начальная температура горячей воды (второй термос). Выльем нагретую до температуры Θ1 воду в третий термос, а в сосуд нальем оставшуюся холодную воду (ее температура равна t1) из первого термоса и снова погрузим сосуд во второй термос (температура воды в нем Θ1). Установившаяся спустя небольшое время температура воды Θ2 в сосуде и во втором термосе будет удовлетворять неравенству: t1 < Θ2 < Θ1. (2) Снова выльем воду с температурой Θ2 из сосуда в третий термос (в нем находится вода с температурой Θ1). В результате теплообмена в этом термосе установится температура Θ3, удовлетворяющая неравенству; Θ2 < Θ3 < Θ1. (3) Вода, которая первоначально была горячей, находится все время во втором термосе и ее окончательная температура будет равна Θ2. Неравенство (3) указывает, что поставленная перед нами цель достигнута.
Для достижения необходимого результата надо холодную воду разделить на несколько частей и нагревать их поочередно.
Рассмотрим простейший вариант: разделим холодную воду на две части. Нальем в сосуд часть холодной воды из первого термоса, затем опустим сосуд во второй термос (с горячей водой). Спустя некоторое время в результате теплообмена температура воды в термосе и тонкостенном сосуде сравняется, причем установившаяся температура Θ1 будет удовлетворять двойному неравенству;
t1 < Θ1 < t2, (1)
где t1 − начальная температура холодной воды (первый термос), t2 − начальная температура горячей воды (второй термос).
Выльем нагретую до температуры Θ1 воду в третий термос, а в сосуд нальем оставшуюся холодную воду (ее температура равна t1) из первого термоса и снова погрузим сосуд во второй термос (температура воды в нем Θ1). Установившаяся спустя небольшое время температура воды Θ2 в сосуде и во втором термосе будет удовлетворять неравенству:
t1 < Θ2 < Θ1. (2)
Снова выльем воду с температурой Θ2 из сосуда в третий термос (в нем находится вода с температурой Θ1). В результате теплообмена в этом термосе установится температура Θ3, удовлетворяющая неравенству;
Θ2 < Θ3 < Θ1. (3)
Вода, которая первоначально была горячей, находится все время во втором термосе и ее окончательная температура будет равна Θ2. Неравенство (3) указывает, что поставленная перед нами цель достигнута.
c1 = 2100 Дж/кг°с
m2 = 300 г
с2 = 540 Дж/кг°с
t2 = 100°c
t3 = 20°c
t3 - t1 -?
500 г = 0,5 кг
300 г = 0,3 кг
Раз гирька остыла до 20 градусов, значит и керосин нагрелся до 20 градусов, то есть до t3.
Для чугуна имеем:
Q2 = m2×c2×(t3-t2)
Для керосина:
Q1 = m1×c1×(t3-t1)
Уравнение теплового баланса:
Q1 + Q2 = 0
m1×c1×(t3-t1) + m2×c2×(t3-t2) = 0
t3 - t1 = -m2×c2×(t3-t2) / (m1×c1)
t3 - t1 = - 0,3 кг × 540 Дж/кг°с × (20°с - 100°с) / (2100 Дж/кг°с × 0,5 кг) ≈ 12,3°с
ответ: керосин нагрелся примерно на 12,3 градуса. (То есть его начальная температура t1 была около 7,7 градусов)