Для решения этой задачи воспользуемся законом сохранения энергии, который гласит, что сумма всех тепловых энергий в замкнутой системе остается постоянной. В данном случае, тепловая энергия, которую отдает горячая медь, должна быть равна сумме тепловых энергий, которые получают вода и медный калориметр.
Используем следующую формулу для тепловой энергии:
[ Q = mc\Delta T ]
где:
- ( Q ) — количество тепла,
- ( m ) — масса вещества,
- ( c ) — удельная теплоёмкость вещества,
- ( \Delta T ) — изменение температуры.
Обозначим:
- ( m_{\text{мед}} ) — масса горячей меди = 200 г,
- ( m_{\text{вода}} ) — масса воды = 738 г,
- ( m_{\text{калориметр}} ) — масса калориметра = 100 г,
- ( T_{\text{нач.вода}} ) — начальная температура воды и калориметра = 15°C,
- ( T_{\text{нач. мед}} ) — начальная температура горячей меди = 100°C,
- ( T_{\text{кон}} ) — конечная температура системы = 17°C.
Изменение температуры для каждого компонента:
- Для горячей меди: ( \Delta T{\text{мед}} = T{\text{кон}} - T_{\text{нач. мед}} = 17 - 100 = -83°C ),
- Для воды и калориметра: ( \Delta T{\text{вода}} = \Delta T{\text{калориметр}} = T{\text{кон}} - T{\text{нач.вода}} = 17 - 15 = 2°C ).
Теперь запишем выражения для тепловых энергий:
Тепло, отданное медью:
[ Q{\text{мед}} = m{\text{мед}} \cdot c{\text{мед}} \cdot \Delta T{\text{мед}} = 200 \cdot c_{\text{мед}} \cdot (-83) ]
Тепло, полученное водой:
[ Q{\text{вода}} = m{\text{вода}} \cdot c{\text{вода}} \cdot \Delta T{\text{вода}} = 738 \cdot 4.18 \cdot 2 ]
Тепло, полученное калориметром:
[ Q{\text{калориметр}} = m{\text{калориметр}} \cdot c{\text{калориметр}} \cdot \Delta T{\text{калориметр}} = 100 \cdot 0.385 \cdot 2 ]
Суммируем тепло, полученное водой и калориметром:
[ Q{\text{получено}} = Q{\text{вода}} + Q_{\text{калориметр}} = 738 \cdot 4.18 \cdot 2 + 100 \cdot 0.385 \cdot 2 ]
Посчитаем численные значения:
[ Q{\text{вода}} = 738 \cdot 4.18 \cdot 2 = 6172.56 \, \text{Дж} ]
[ Q{\text{калориметр}} = 100 \cdot 0.385 \cdot 2 = 77 \, \text{Дж} ]
[ Q_{\text{получено}} = 6172.56 + 77 = 6249.56 \, \text{Дж} ]
Теперь уравняем теплоту, отданную медью, и полученную водой и калориметром:
[ Q{\text{мед}} = - Q{\text{получено}} ]
[ 200 \cdot c_{\text{мед}} \cdot (-83) = -6249.56 ]
Решим это уравнение для ( c{\text{мед}} ):
[ 200 \cdot c{\text{мед}} \cdot 83 = 6249.56 ]
[ c{\text{мед}} = \frac{6249.56}{200 \cdot 83} ]
[ c{\text{мед}} = \frac{6249.56}{16600} ]
[ c_{\text{мед}} \approx 0.377 \, \text{Дж/(г·°C)} ]
Таким образом, удельная теплоёмкость меди составляет приблизительно ( 0.377 \, \text{Дж/(г·°C)} ).