Question

Một nhiệt lượng kế bằng nhôm có khối lượng 100g, đang chứa 400g nước nhiệt độ 10'C. Thả vào nhiệt lượng kế một thỏi hợp kim thành phần nhôm và thiếc khối lượng 120g, nhiệt độ 120'C. Sau khi cân bằng hệ thống có nhiệt độ 14'C. Tính khối lượng các chất thành phần trong thỏi hợp kim. Cho nhiệt dung riêng của nhôm, nước, thiếc là 900J/kg.K, 4200J/kg.K, 230J/kg.K

Answer 1

m₁ = 100g = 0,1kg ; c₁ = 900J/g.K ; t₁ = 10^oC

m₂ = 400g = 0,4kg ; c₂ = 4200J/kg.K

m = 200g = 0,2kg ; c₃ = 230Jkg.K ;

Gọi khối lượng phần nhôm và phần thiếc trong thỏi hợp kim là m_n và m_t. Ta có:

\(m_n+m_t=m\Rightarrow m_t=m-m_n\left(1\right)\)

Nhiệt lượng do thỏi hợp kim tỏa ra khi hị nhiệt từ t₂ = 120^oC xuống t₃ = 14^oC là:

\(Q_{tỏa}=\left(m_n.c_1+m_t.c_3\right)\left(t_2-t_3\right)\\ =\left(900m_n+230m_t\right)\left(120-14\right)=10600\left(9m_n+2,3m_t\right)\)

Nhiệt lượng mà nước và nhiệt lượng kế nhôm thu vào để tăng nhiệt độ từ t₁ = 10^oC đến t₃ = 14^oC là:

\(Q_{thu}=\left(m_1.c_1+m_2.c_2\right)\left(t_3-t_1\right)=\left(0,1.880+0,4.4200\right)\left(14-10\right)=7072\left(J\right)\)

Thep phương trình cân bằng nhiệt:

\(Q_{tỏa}=Q_{thu}\\ \Rightarrow10600\left(9m_n+2,3m_t\right)=7072\\ \Rightarrow9m_n+2,3m_t=\dfrac{7072}{10600}\left(2\right)\)

Thay (1) vào (2):

\(9\left(m-m_t\right)+2,3m_t=\dfrac{7072}{10600}\\ \Rightarrow9m-9m_t+2,3m_t=\dfrac{7072}{10600}\\ \Rightarrow9m-m_t\left(2,3-9\right)=\dfrac{7072}{10600}\\ \Rightarrow-m_t=\dfrac{\dfrac{7070}{10600}-9.0,2}{2,3-9}\\ \Rightarrow m_t\approx0,16908\left(g\right)\\ \Rightarrow m_n=0,03092\left(g\right)\)

Phần nhôm có khối lượng 30,92kg phần thiếc có khối lượng 169,08kg.