В сосуде содержится 5 л воды при температуре 10 °С. Сколько воды при температуре 65 °С надо добавить в сосуд, чтобы в нём установилась температура 40 °С? Необходимый свободный объём в сосуде имеется. Теплообменом с окружающей средой пренебречь

Cразу поясню перед решением, чтобы не было казусов:

sqrt - корень квадратный

^ - степень

Дано:

V2 = 0 (т.к. 2 капля находится в состоянии покоя)

t0 - начальная температура капель.

C - удельная теплоемкость воды.

L - удельная теплота парообразования.

V1 - ?

Итак, приступим:

m2 <-V1m1

На основании закона сохранения импульса имеем:

mV1 = 2mV

V - скорость капель после столкновения.

V = mV1/2m

Сокращая массу, получаем:

V = V1/2

Теперь применим закон сохранения энергии. Однако перед этим поясню несколько моментов:

Формула Кол-ва теплоты:

Q = cmdT

Формула парообразования:

Qп = Lm

Закон сохранения энергии будет выглядеть так:

mV^2/2 = 2mV^2/2 + 2Q + 2Q

mV^2/2 = 2mV^2/2 + 2mC(t2-t1) + 2mL

t2 - неизвестный член.

Решаем полученное уравнение, подставляя данные и сокращая массу:

mV^2/2 - mV^2/2 = 2mC(t2-t1) + 2mL

V^2/2 - V^2 = 2C(t2-t1) + 2L

Теперь подставляем значение V:

V1^2/2 - V2^2/4 = 2C(t2-t1) + 2L; 2V1^2 - V1^2/4 = 2(C(t2-t1)+L)

V1^2/4 = 2(C(t2-t1)+L)

V1^2 = 8(C(t2-t1)+L)

V1 = sqrt(8(C(t2-t1)+L))

V1 = 2sqrt(2)*sqrt(C(t2-t1)+L)

ответ: V1 = 2sqrt(2)*sqrt(C(t2-t1)+L))

 

 

Так как на протяжении всего изопроцесса температура постоянна, то мы можем воспользоваться законом Бойля-Мариотта: P1V1=P2V2=const

При этом у нас по условию: V(левая часть)=2V(правая часть)

Тогда, воспользовавшись законом Бойля-Мариотта, можно записать в виде: PлV=2PпV

По уравнению Менделеева-Клапейрона: PV = m R T / M

Тогда можно переписать в виде: m(левая часть) R T / M = 2m(правая часть) R T / M

Так как T=const, то после сокращений получим ответ на поставленный вопрос задачи: m(левая часть) = 2m(правая часть), то есть, масса газа в правой части цилиндра больше в два раза массы газа в левой части цилиндра.