Плотность тела - скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму:
ρ = m/V
Для определения массы тела сравним его массу с массой разновесов, поместив стальной цилиндр на одну чашку весов, а разновесы на другую до достижения равновесия. Допустим, полученная масса цилиндра m = 390 г.
Для определения объема тела нальем в мерный цилиндр воды до определенного числового значения, близкого к половине цилиндра. Например до значения V₀ = 500 мл. Затем опустим стальной цилиндр в воду так, чтобы он полностью скрылся под водой. Как известно из закона Архимеда, тело, погруженное в жидкость, вытесняет количество жидкости, равное объему погруженного тела.
Замеряем новый уровень воды в цилиндре. Допустим, он будет V₁ = 550 мл. Очевидно, что разницу в объемах воды составляет объем стального цилиндра:
V = V₁ - V₀ = 550 - 500 = 50 (мл) = 50 см³
Определяем плотность вещества из которого изготовлен цилиндр:
ρ = m/V = 390 : 50 = 7,8 (г/см³) = 7800 кг/м³
Сравниваем с табличным значением плотности тел. Данная плотность соответствует плотности стали.
Теплоемкость воды с1 = 4,187 кДж/(кг*К)
Теплоемкость стали с2 = 0,462 кДж/(кг*К)
Массу 40 литров воды примем за 40 кг
Масса бака (стали) 500 г = 0,5 кг
ΔТ одинакова для воды и стали: ΔТ = 70 - 20 = 50 К
Q1 для подогрева воды: Q1=c1mΔT = 4,187 кДж/(кг*К) * 40 кг. * 50 К =
= 8 374 кДж
Q2 для подогрева стали: Q2 = c2mΔT = 0,462 кДж/(кг*К) * 0,5 кг * 50 К =
= 11,55 кДж
Всего же потребовалось теплоты Q1 + Q2 = 8 374 + 11,55 = 8 385,55 кДж ≈ 8,4*10³ Дж
ответ: 8,4*10³ Дж