Tóm tắt
R1 = 20cm ; R2 = 10cm
t1 = 20oC ; D1 = 1000kg/m3
t2 = 40oC ; D2 = 2700kg/m3
c1 = 4200J/kg.K ; c2 = 880J/kg.K

t = ?
Giải
Ta thấy khối lượng riêng của nhôm lớn hơn khối lượng riêng của nước nên khi thả quả cầu nhôm vào nước thì quả cầu nhôm sẽ chìm hoàn toàn trong nước, nhưng quả cầu nhôm chỉ chìm một nửa nên chiều cao của mực nước trong bình bằng bán kính của quả cầu nhôm \(\Rightarrow h=R_2=10cm\)
Thể tích của quả cầu nhôm và lượng nước trong bình là:
\(V_2=\dfrac{4}{3}\cdot\left(R_2\right)^3.3,14\approx4186,67\left(cm^3\right)=4,1867.10^{-3}\left(m^3\right)\)
\(V_1=3,14.\left(R_1\right)^2.h-\dfrac{V_2}{2}\\ =3,14.20^2.10-2093,335\approx10467\left(cm^3\right)=10,467.10^{-3}\left(m^3\right)\)
Khối lượng của nước và quả cầu nhôm là:
\(m_1=V_1.D_1=10,467.10^{-3}.1000=10,467\left(kg\right)\\
m_2=V_2.D_2=4,1867.10^{-3}.2700\approx11,304\left(kg\right)\)
Nhiệt lượng quả cầu nhôm tỏa ra khi hạ nhiệt độ từ t2 = 40oC xuống t là:
\(Q_{tỏa}=m_2.c_2\left(t_2-t\right)\)
Nhiệt lượng nước thu vào khi tăng nhiệt độ từ t1 = 20oC lên t là:
\(Q_{thu}=m_1.c_1\left(t-t_1\right)\)
Theo phương trình cân bằng nhiệt:
\(Q_{thu}=Q_{tỏa}\\
\Rightarrow m_1.c_1\left(t-t_1\right)=m_2.c_2\left(t_2-t\right)\\
\Rightarrow10,467.4200\left(t-20\right)=11,304.880\left(40-t\right)\\
\Rightarrow t\approx23,691\left(^oC\right)\)
Vậy nhiệt độ khi cân bằng nhiệt của hỗn hợp là 23,691oC