Изучите изображение 2. В калориметр, содержащий воду, поместили горячий медный цилиндр. Определите изначальную

Radusha

64

Для определения изначальной температуры медного цилиндра, который помещен в калориметр с водой, нам понадобится использовать закон сохранения энергии.

В начальный момент времени до контакта с медным цилиндром, весь тепловой поток поступает только от горячего цилиндра. После установления теплового равновесия, весь полученный цилиндром тепловой поток равен тепловому потоку, испускаемому калориметром.

Итак, в калориметре мы имеем:
1. Массу воды ($m_{\text{воды}}$)
2. Теплоемкость воды ($C_{\text{воды}}$)
3. Изначальную температуру воды ($T_{\text{воды}}$)
4. Изначальную температуру медного цилиндра ($T_{\text{цилиндра}}$)
5. Массу медного цилиндра ($m_{\text{цилиндра}}$)
6. Теплоемкость меди ($C_{\text{меди}}$)

Мы можем записать следующие равенства:

1) Теплота, полученная от медного цилиндра, равна теплоте, переданной калориметру:
$$m_{\text{воды}}{C}_{\text{воды}}(T_{\text{конечная}}-T_{\text{воды}})=m_{\text{цилиндра}}{C}_{\text{меди}}(T_{\text{цилиндра}}-T_{\text{конечная}})$$

где $T_{\text{конечная}}$ - конечная температура системы (которая будет одинакова как вода, так и медный цилиндр), которую мы хотим определить.

2) Теплоемкость ($C$) можно выразить через удельную теплоемкость ($c$) и массу ($m$) следующим образом: $C=c\cdot m$. Таким образом, мы можем переписать уравнение (1) следующим образом:
$$m_{\text{воды}}{c}_{\text{воды}}(T_{\text{конечная}}-T_{\text{воды}})=m_{\text{цилиндра}}{c}_{\text{меди}}(T_{\text{цилиндра}}-T_{\text{конечная}})$$

3) Масса меди можно получить делением общего объема медного цилиндра ($V_{\text{цилиндра}}$) на удельный объем меди ($v_{\text{меди}}$). Таким образом, мы можем переписать уравнение (2) следующим образом:
$$m_{\text{воды}}{c}_{\text{воды}}(T_{\text{конечная}}-T_{\text{воды}})=\left({\displaystyle \frac{V_{\text{цилиндра}}}{v_{\text{меди}}}}\right)c_{\text{меди}}(T_{\text{цилиндра}}-T_{\text{конечная}})$$

4) Удельный объем меди можно выразить через плотность меди (${\rho }_{\text{меди}}$) следующим образом: $v_{\text{меди}}={\displaystyle \frac{1}{{\rho }_{\text{меди}}}}$. Таким образом, мы можем переписать уравнение (3) следующим образом:
$$m_{\text{воды}}{c}_{\text{воды}}(T_{\text{конечная}}-T_{\text{воды}})=\left({\displaystyle \frac{V_{\text{цилиндра}}}{{\rho }_{\text{меди}}}}\right)c_{\text{меди}}(T_{\text{цилиндра}}-T_{\text{конечная}})$$

5) Объем медного цилиндра можно выразить через его геометрические размеры (площадь основания и высоту) или, если дано, по формуле $V_{\text{цилиндра}}=\pi r^{2}h$, где $r$ - радиус основания цилиндра, $h$ - высота цилиндра. Если у нас есть такие данные, то мы можем использовать данную формулу в уравнении (4). Если таких данных нет, то они должны быть предоставлены, чтобы мы могли решить задачу более точно.

Поэтому, для определения изначальной температуры медного цилиндра, нам необходимо знать значения удельной теплоемкости меди ($c_{\text{меди}}$), площадь основания медного цилиндра ($S_{\text{основания}}$), высоту медного цилиндра ($h_{\text{цилиндра}}$), плотность меди (${\rho }_{\text{меди}}$), изначальную температуру воды ($T_{\text{воды}}$), массу воды ($m_{\text{воды}}$) и массу медного цилиндра ($m_{\text{цилиндра}}$).