Gọi khối lượng nhiệt lượng kế, khối lượng 1 ca nước lần lượt là \(\text{m1,m2(kg)}\)
Nhiệt độ ban đầu của nhiệt lượng kế, của nước trong ca lần lượt là \(\text{t1,t2(⁰C)}\)
Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt cho lần thứ nhất, ta có:
\(Q_{thu1}=Q_{tỏa1}\)
⇔m1.c1.5=m2.c2.[t2−(t1+5)]
⇔m1.c1.5=m2.c2.(t2−t1−5)
⇔m1.c1m2.c2=t2−t1−55 (1)
Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt cho lần thứ hai, ta có:
Qthu2=Qtỏa2
⇔m1.c1.3+m2.c2.3=m2.c2.[(t2−(t1+5+3)]
⇔m1.c1.3=m2.c2.(t2−t1−11)
⇔m1.c1m2.c2=t2−t1−113 (2)
Từ (1) và (2), ta có:
\(\dfrac{t_2-t_1-5}{5}=\dfrac{t_2-t_1-11}{3}=\dfrac{\left(t_2-t_1-5\right)\left(t_2-t_1-11\right)}{5-3}=3\)
⇔t2−t1−5=15
⇔t2=t1+20
Và \(\dfrac{m_1.c_1}{m_2.c_2}=3\)
⇔m1.c1=3m2.c2
Khi đổ thêm 10 ca nước vào nhiệt lượng kế. Sau khi có cân bằng nhiệt tại t⁰C, áp dụng phương trình cân bằng nhiệt, ta có:
Qthu3=Qtỏa3
⇔(m1.c1+2m2.c2).[t−(t1+5+3)]=10m2.c2.(t2−t)
⇔(3m2.c2+2m2c2).(t−t1−8)=10m2.c2.(t1+20−t)
⇔5(t−t1)−40=200−10(t−t1)
⇔15(t−t1)=240
⇔t−t1= \(\dfrac{240}{15}\) =16⁰C
Vậy nhiệt lượng kế tăng thêm 16⁰C.