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.