Trong một bình nhiệt lượng kế ban đầu chứa mo = 400g nước ở nhiệt độ to = 25oC. Người ta đổ thêm một lượng nước có khối lượng m1 ở nhiệt độ tx vào bình thì khi cân bằng nhiệt, nhiệt độ bình là t1 = 20oC. Cho thêm một cục nước đá có khối lượng m2 ở nhiệt độ t2 = -10oC vào bình thì cuối cùng nước trong bình có khối lượng m = 700g ở nhiệt độ t3 = 5oC. Tìm m1, m2, tx? Biết nhiệt dung riêng của nước C1 = 4200J/kg.K, nhiệt dung riêng của nước đá C2 = 2100J/kg.K. Nhiệt nóng chảy của nước đá λ = 336000J/kg ( bỏ qua sự trao đổi nhiệt của các chất trong bình với nhiệt lượng kế và môi trường).
Giải chi tiết:
Phương trình cân bằng nhiệt khi đổ m (kg) nước vào bình là:
mo.c1.( to – t1 ) = m1.c1.( t1 – tx ) (1)
Thay số ta có: 5mo = m1.( 20 – tx ) (2)
Phương trình cân bằng nhiệt au khi cho thêm cục nước đá là:
m2.c2.( 0 – t2 ) + λ m2 + m2.c1.( t3 – 0 ) = ( mo + m1 ).c1.( t1 – t3 )
m2.( c1t3 – c2t2 + λ ) = c1.( mo + m1 ) .( t1 – t3 )
m2.( 4200.5 + 2100.10 + 336.103 ) = ( mo + m1 ).4200.( 20 – 5 )
378. 103. m2 = 63. 103 ( 0,4 + m1 ) => 6 m2= 0,4 + m1 (3)
Theo đề bài M = mo + m1 + m2 => m1 = M - mo – m2
Thay số: m1 = 0,7 – 0,4 – m2 = 0,3 – m2 (4)
Thay số (4) vào (3) ta có: 6 m2= 0,4 + 0,3 – m2 => m2= 0,1kg
Thay m2= 0,1kg vào (4) ta có: m1 = 0,3 – 0,1 = 0,2kg
Từ (2) suy ra: tx = 20 - = 20 - = 10oC