Вранці учениця п’є чай. Оскільки чай дуже гарячий, дівчинка
додає до чашки трохи холодної кип’яченої води. Щоб з’ясувати,
скільки холодної води треба додати до чаю, учениця провела
дослідження. Вона виміряла температуру гарячого чаю та
холодної кип’яченої води (відповідно 85 ํС та 15 ํС), а також
прийнятну для пиття температуру чаю (60 ํС). Далі дівчинка
розрахувала кількість чайних ложок холодної води для того, щоб
150 мл гарячого чаю зробити прийнятним для пиття. Розрахуйте
це і ви. Проаналізуйте результати з урахуванням теплових втрат.
Чи будуть відрізнятися розрахункові дані від даних, отриманих
в результаті проведення описаного експерименту? Як
температура навколишнього середовища впливатиме на
результати досліду?
Відповідь:
Знизу
Пояснення:
Для розрахунку кількості холодної води, потрібної для зниження температури гарячого чаю до прийнятного рівня, можна скористатися формулою для теплового балансу:
Q1 + Q2 = Q3,
де Q1 — тепло гарячого чаю, Q2 — тепло холодної води, Q3 — тепло суміші (прийнятної для пиття температури).
Для 150 мл гарячого чаю:
Q1 = mcΔT = (150 g) * (4.18 J/g°C) * (85 — 60 °C) = 6270 J.
Тепло, яке потрібно відняти від гарячого чаю, щоб отримати прийнятну температуру, буде таким же:
Q3 = mcΔT = (150 g) * (4.18 J/g°C) * (60 — 15 °C) = 6270 J.
Отже, тепло, яке додається холодною водою, має дорівнювати 6270 J.
Тепер можна розрахувати кількість холодної води (m2), яку треба додати, використовуючи формулу для теплообміну:
Q2 = mcΔT = (m2) * (4.18 J/g°C) * (85 — 15 °C) = 6270 J.
m2 = 6270 J / (4.18 J/g°C * 70 °C) ≈ 22.57 г.
Отже, потрібно додати приблизно 22.57 г холодної води, щоб 150 мл гарячого чаю стало прийнятною для пиття температурою 60 °C.
Щодо теплових втрат, вони можуть відбутися під час проведення експерименту, особливо якщо середовище навколо чашки чаю холодне. Такі втрати можуть призвести до того, що фактична кількість холодної води, необхідної для досягнення бажаної температури, може бути трохи більшою, ніж розрахункові дані. Температура навколишнього середовища впливатиме на швидкість теплообміну між чаєм та оточуючим середовищем. Чим холодніше середовище, тим більше тепла буде втрачено, що може вимагати додаткової кількості холодної води для зниження температури чаю.