Question

Внутренний алюминиевый сосуд калориметра имеет массу 50 г и содержит 200 г воды при температуре 17 °с. в сасуд опустили нагретый в кипятке стальной брусок массой 110 г, и в результате в калориметре установилась температура 22 °с. определите удельную теплоёмкость стали. считайте, что температура кипения воды равна 100 °с; удельная теплоёмкость алюминия - 920 дж/кг · °с; удельная теплоёмкость воды - 4200 дж/кг · °с

Answer 1

Пусть $1$ - это вода; $2$ - это алюминий; $3$ - это сталь.

===========================

Дано:

$t_{0} = 17$ °C

$t' = 100$ °C

$m_{1} = 200$ г $= 0,2$ кг

$m_{2} = 50$ г $= 0,05$ кг

$m_{3} = 110$ г $= 0,11$ кг

$c_{1} = 4200$ Дж/(кг · °С)

$c_{2} = 920$ Дж/(кг · °С)

$t = 22$ °С

===========================

Найти: $c_{3} - ?$

===========================

Решение. Калориметр устроен таким образом, что теплообмен с окружающей средой практически исключён, поэтому для решения задачи воспользуемся уравнением теплового баланса. В теплообмене принимают участие три тела: вода и внутренний сосуд калориметра получают теплоту, а стальной брусок отдаёт теплоту.

Количество теплоты, отданное стальным бруском: $Q_{3} = c_{3}m_{3}(t' - t)$; количество теплоты, полученное холодной водой: $Q_{1} = c_{1}m_{1}(t - t_{0})$; количество теплоты, полученное алюминиевым сосудом: $Q_{2} = c_{2} m_{2}(t - t_{0})$.

Согласно уравнению теплового баланса: $Q_{3} = Q_{1} + Q_{2}$. Подставив в это уравнение выражения $Q_{1}$, $Q_{2}$ и $Q_{3}$, получим:

$c_{3}m_{3}(t' - t) = c_{1}m_{1}(t - t_{0}) + c_{2} m_{2}(t - t_{0})$, откуда:$\boxed {c_{3} = \dfrac{(t - t_{0})(c_{1}m_{1} + c_{2}m_{2})}{m_{3}(t' - t)}}$

Определим значение искомой величины:

$c_{3} = \dfrac{(22 - 17)(0,2 \cdotp 4200 + 0,05 \cdotp 920)}{0,11 (100 - 22)} \thickapprox 516$ Дж/(кг · °С)

===========================

ответ: $c_{3} \thickapprox 516$ Дж/(кг · °С).