a.Trạng thái ban đầu: Q1 = m1c1(T2-T1)

• Trạng thái cân bằng: Q2 = m2c2(T2-T1)

• Trạng thái sau khi giảm nhiệt độ: Q3 = m3c3(T3-T2)

Vì lượng nhiệt Q1 trao đổi giữa miếng thép và nước trước khi cân bằng bằng lượng nhiệt Q2 trao đổi giữa miếng thép và nước sau khi cân bằng, nên ta có thể sử dụng phương trình:

Q1 = Q2 m1c1(T2-T1) = m2c2(T2-T1)

Giải phương trình trên ta có:

m2 = m1*c1/c2

Để tính khối lượng của miếng thép, ta cần biết giá trị năng lượng riêng của thép. Theo bảng thông số vật liệu, năng lượng riêng của thép là khoảng 500 J/kg*°C. Vì miếng thép ban đầu ở 150 độ C và cân bằng ở 40 độ C, nên hiệu nhiệt độ giữa trước và sau thay đổi là:

ΔT1 = 40 - 150 = -110 (°C)

Ta có thể áp dụng công thức trên để tính khối lượng của miếng thép:

m1c1(T2-T1) = m2c2(T2-T1) m1500(-110) = m24200(40-20) m1 = m2*8.4

Thay giá trị của m1 vào công thức trên:

m2c1/c2 * 500 * (-110) = m28.4420020 m2 = 0.2835 kg

Vậy khối lượng của miếng thép là 0.2835 kg.

b) Để giảm nhiệt độ của hỗn hợp xuống 10 độ C nữa, ta cần lượng nhiệt Q4 trao đổi với nước ở 20 độ C phải bằng lượng nhiệt Q3 trao đổi với hỗn hợp water-steel:

Q4 = Q3 m4c4(T4-T3) = m3c3(T3-T2)

Giải phương trình trên ta có:

m4 = m3c3(T3-T2)/(c4*(T4-T3))

Thay giá trị số đã biết vào:

m4 = 34200(40-10)/(4200*(30-10)) m4 = 4.5kg

Vậy cần thêm 4.5 kg nước ở 20 độ C để giảm nhiệt độ hỗn hợp xuống 10 độ C nữa.