Решение: Температура термометров в равновесии
Два спиртовых термометра — большой и маленький — сделаны из одинакового материала. Большой термометр значительно тяжелее и содержит, соответственно, бо́льшую массу спирта. Термометры опустили в два одинаковых небольших стаканчика с одновременно налитым в них кипятком и дождались установления теплового равновесия в системе термометр — вода. Одинаковую ли температуру покажут термометры? Ответ поясните.
Решение по шагам
4 шагаДо погружения термометры имеют температуру ниже температуры кипятка, поэтому при контакте с водой получают теплоту, а вода отдаёт теплоту и охлаждается.
Большой термометр содержит большую массу спирта и изготовлен из того же материала, что и маленький. Следовательно, его теплоёмкость больше: для повышения его температуры на один градус требуется большее количество теплоты.
$$C = cm$$В каждом стаканчике устанавливается своя равновесная температура. При прочих равных условиях больший термометр отнимает у воды больше теплоты, поэтому вода в стаканчике с большим термометром охлаждается сильнее.
После установления равновесия температура термометра равна температуре воды в соответствующем стаканчике. Поэтому большой термометр покажет более низкую температуру, чем маленький.
Термометры покажут неодинаковую температуру: большой термометр покажет более низкую температуру, поскольку его большая теплоёмкость сильнее охлаждает воду.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Утверждать, что оба термометра покажут температуру кипения воды.
Считать, что при тепловом равновесии температура воды не изменяется.
Не учитывать различие теплоёмкостей термометров.