Physic Labs

第 3 题

在绝热容器中,将 mh=0.40 kgm_h=0.40\,\mathrm{kg}、温度为 60∘C60^\circ\mathrm C 的水与 mc=0.20 kgm_c=0.20\,\mathrm{kg}、温度为 30∘C30^\circ\mathrm C 的水混合。水的比热容为 c=4200 J kg−1K−1c=4200\,\mathrm{J\,kg^{-1}K^{-1}};忽略容器热容和热损失。 混合后水达到均匀的最终温度,不发生蒸发或相变。热量只在两部分水之间传递,绝热容器不吸收能量。规定所研究的水吸热时热量为正,放热时为负。 混合后充分搅拌,两部分水最终温度相同。假设相关温度范围内比热容恒定,并将容器热容视为零;每一部分热量的正负号均遵循题目给定约定。系统与外界没有热交换,故总能量守恒。混合前后水的质量不变,温差用摄氏度或开尔文表示数值相同。 (a) 求平衡温度 TfT_f。(b) 求热水传递的带符号热量。(c) 求冷水吸收的热量并检验能量守恒。(d) 写出 Tc,Tf,ThT_c,T_f,T_h 的大小关系。
Tf=mhTh+mcTcmh+mc=50.0∘CT_f=\frac{m_hT_h+m_cT_c}{m_h+m_c}=50.0^\circ\mathrm C
problems.proof.analysis

解热量平衡方程得到末温,它是按质量加权的初温平均值。结果必须介于两种初温之间。

problems.proof.pitfall. 热水失去能量,因此其带符号热量为负;热量平衡中必须统一符号约定。