1. Tóm tắt đề bài:
Nhiệt lượng kế A: 1 lít nước ở 60°C
Nhiệt lượng kế B: 0,4 lít nước ở 20°C
Đổ V lít từ A sang B, nhiệt độ cân bằng là t
Đổ V lít từ B sang A, nhiệt độ cân bằng là 56,8°C
Bỏ qua sự hấp thụ nhiệt của nhiệt lượng kế và môi trường.
2. Phân tích và thiết lập phương trình:
Lần 1: Đổ V lít từ A sang B:
Khối lượng nước đổ từ A sang B: m<sub>V</sub> = V (kg) (vì 1 lít nước = 1 kg)
Khối lượng nước còn lại ở A: m<sub>A</sub> = 1 - V (kg)
Khối lượng nước ở B sau khi nhận thêm: m<sub>B</sub> = 0,4 + V (kg)
Phương trình cân bằng nhiệt lần 1:
m<sub>V</sub> * c * (60 - t) = 0,4 * c * (t - 20)
V * (60 - t) = 0,4 * (t - 20) (1)
Lần 2: Đổ V lít từ B sang A:
Khối lượng nước đổ từ B sang A: m<sub>V</sub> = V (kg)
Khối lượng nước còn lại ở B: m<sub>B'</sub> = 0,4 + V - V = 0,4 (kg)
Khối lượng nước ở A sau khi nhận thêm: m<sub>A'</sub> = 1 - V + V = 1 (kg)
Nhiệt độ ban đầu của nước ở B trước khi đổ sang A là t.
Phương trình cân bằng nhiệt lần 2:
V * c * (t - 56,8) = (1 - V) * c * (56,8 - 60)
V * (t - 56,8) = (1 - V) * (-3,2) (2)
3. Giải hệ phương trình:
Ta có hệ hai phương trình với hai ẩn V và t:
(1) V * (60 - t) = 0,4 * (t - 20)
(2) V * (t - 56,8) = (1 - V) * (-3,2)
Từ (1):
60V - Vt = 0,4t - 8
60V + 8 = t(0,4 + V)
t = (60V + 8) / (V + 0,4) (3)
Thay (3) vào (2):
V * [(60V + 8) / (V + 0,4) - 56,8] = -3,2 + 3,2V
V * [(60V + 8 - 56,8V - 22,72) / (V + 0,4)] = -3,2 + 3,2V
V * (3,2V - 14,72) = (-3,2 + 3,2V)(V + 0,4)
3,2V² - 14,72V = -3,2V - 1,28 + 3,2V² + 1,28V
-14,72V = -1,92V - 1,28
12,8V = 1,28
V = 0,1 (lít)
Thay V = 0,1 vào (3):
t = (60 * 0,1 + 8) / (0,1 + 0,4)
t = (6 + 8) / 0,5
t = 14 / 0,5
t = 28°C
4. Kết luận:
Vậy giá trị của t là 28°C.