Một bình nhiệt lượng kế chứa nước ở nhiệt độ 20oC, ngta lần lượt thả vào trong bình những quả cầu gần giống nhau ở 140oC. sau khi thả quả cầu thứ nhất thì nhiệt độ của nước trong bình khi cân bằng là 40oC. Giả sử sự trao đổi nhiệt giữa vật, nước vs nhiệt lượng kế là ko đáng kể.
a) Nhiệt độ của nước trong bình khi cân bằng là bao nhiêu khi
+ Thả tiếp quả cầu thứ 2
+ Thả tiếp quả cầu thứ 10
b) Cần thả vào bình ít nhất bao nhiêu quả cầu để nhiệt độ của nước trong bình khi cân bằng là 90oC
Gọi khối lượng nước là m, khối lượng và nhiệt dung riêng của quả cầu là m1 và c1, nhiệt độ khi cân bằng nhiệt là tcb và số quả cầu thả vào nước là N. Ta có:
a)Nhiệt lượng tỏa ra từ các quả cầu là Qtỏa = N.m1.c1(100 - tcb)
Nhiệt lượng thu vào của nước là
Qthu = 4200.m(tcb - 20)
Qtỏa = Qthu
→ N.m1.c1(100 - tcb) = 4200.m(tcb - 20) (1)
Khi thả quả cầu thứ nhất N = 1; tcb = 400C, ta có:
m1.c1(100 - 40) = 4200.m(40 - 20)
⇔ m1.c1 = 1400.m (2)
Thay (2) vào (1) ta có
N.1400.m(100 - tcb) = 4200.m(tcb - 20)
⇔100N - Ntcb = 3tcb - 60 (*)
Khi thả thêm quả cầu thứ 2: N = 2. Từ phương trình(*) ta có:
200 - 2tcb = 3tcb- 60 ↔ 5tcb = 260 → tcb = 52 (oC)
Cre: @Netflix
Vậy khi thả thêm quả cầu thứ 2 thì nhiệt độ cần bằng của nước là 52oC.
Khi thả thêm quả cầu thứ 10: N = 10. Từ phương trình(*) ta có:
1000 - 3tcb = 3tcb- 60 ↔ 6tcb = 1060 → tcb = 176,67 (oC).
Vậy khi thả thêm quả cầu thứ 10 thì nhiệt độ cần bằng của nước là 176,67oC.
b)Khi tcb = 90oC, từ phương trình(*) ta có:
100N - 90N = 270 – 60 ⇔10N = 210 ↔ N = 21
Vậy cần thả 21 quả cầu để nhiệt độ của nước trong bình khi cân bằng là 90oC.
