Để tính nhiệt độ cân bằng và khối lượng trong bình, ta sử dụng công thức bảo toàn nhiệt lượng:

m1 * c1 * (Tc - T1) = m2 * c2 * (T2 - Tc)

Trong đó: m1 và m2 là khối lượng của nước và đá c1 và c2 là nhiệt dung riêng của nước và đá T1 và T2 là nhiệt độ ban đầu của nước và đá Tc là nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp trong bình

Theo công thức, ta có:

(4kg) * (4186 J/kg·°C) * (Tc - 30°C) = (0.4kg) * (2100 J/kg·°C) * (-10°C - Tc)

Đơn vị nhiệt lượng ở đây là Joule (J).

Giải phương trình trên để tính nhiệt độ cân bằng Tc:

(4 * 4186 * Tc) - (4 * 4186 * 30) = (0.4 * 2100 * -10) - (0.4 * 2100 * Tc)

(4 * 4186 - 0.4 * 2100) * Tc = (0.4 * 2100 * -10) - (4 * 4186 * 30)

(4 * 4186 - 0.4 * 2100) * Tc = -8400 - 4 * 4186 * 30

Tc = (-8400 - 4 * 4186 * 30) / (4 * 4186 - 0.4 * 2100)

Tc ≈ -4.56°C

Vậy, nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp trong bình là khoảng -4.56°C.

Tiếp theo, để tính khối lượng trong bình, ta sử dụng tổng khối lượng của nước và đá:

m = m1 + m2 = 4kg + 0.4kg = 4.4kg

Vậy, khối lượng trong bình khi đạt nhiệt độ cân bằng là 4.4kg.