24

Решение: Температура теплового равновесия

ЕГЭ · Физика · Задание 24 · Тепловые процессы и машины
ПовышеннаяФИПИ655A2BРазвёрнутое решение≈ 7 минутРазбор в 5 шагов
Условие

В стакан с водой, нагретой до температуры $t_1 = 50\, ^\circ\mathrm{C}$, положили металлический шарик, имеющий температуру $t_2 = 10\, ^\circ\mathrm{C}$. После установления теплового равновесия температура воды стала $t_3 = 40\, ^\circ\mathrm{C}$. Определите температуру воды $t_4$ после того, как в стакан положили ещё один такой же шарик температурой $t_2$ (первый шарик остался в стакане). Теплообменом с окружающей средой пренебречь.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

5 шагов
1

Обозначим теплоёмкость воды через $C_\text{в}$, а теплоёмкость одного шарика — через $C_\text{ш}$. При первом установлении равновесия вода отдаёт тепло, а шарик получает его.

$$C_\text{в}(t_1-t_3)=C_\text{ш}(t_3-t_2)$$
2

Подставим известные температуры и найдём отношение теплоёмкостей:

$$C_\text{в}(50-40)=C_\text{ш}(40-10),\quad 10C_\text{в}=30C_\text{ш},\quad C_\text{в}=3C_\text{ш}$$
3

После добавления второго шарика вода и первый шарик имеют температуру $t_3$, а второй шарик — температуру $t_2$. Поэтому составим новый тепловой баланс:

$$(C_\text{в}+C_\text{ш})(t_3-t_4)=C_\text{ш}(t_4-t_2)$$
4

С учётом соотношения $C_\text{в}=3C_\text{ш}$ получаем:

$$4C_\text{ш}(40-t_4)=C_\text{ш}(t_4-10)$$

Сократим на $C_\text{ш}$ и решим уравнение:

$$160-4t_4=t_4-10,\quad 5t_4=170,\quad t_4=34\, ^\circ\mathrm{C}$$
Ответ

Температура воды после установления нового равновесия равна $34\, ^\circ\mathrm{C}$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Не учитывать теплоёмкость первого шарика во втором процессе.

Считать, что второй шарик нагревается до температуры воды $t_3$, не составляя итоговый тепловой баланс.

Перепутать температуры начального и конечного состояний в уравнении теплового баланса.

Закрепить приёмВ теме «Тепловые процессы и машины» ещё 102 задачи — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 24 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 5 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Тепловые процессы и машины»: в ней 103 задачи, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.