Естественные науки

Проверим, как вы знаете физику...

Есть 1 литр горячей воды с температурой 100 градусов Цельсия и 1 литр холодной воды с температурой 0 градусов Цельсия. До какой максимальной температуры можно нагреть литр холодной воды с помощью литра горячей? И как этой максимальной температуры достичь? Потерями теплоты, естественно пренебрегаем...
если без потерь - сколько угодно близко к ста.
можно заставить воду практически полностью обменяться теплом.

например, как в промышленности - "противотоком" - труба в трубе, по одной течет холодная слева-направо, по другой - горячая справа-налево. На выходе - почти полный обмен теплом.
Irma Cilosani
Irma Cilosani
86 800
Лучший ответ
Денис Белов Полный теплообмен, без потерь уже оговорен в условиях задачи. Все эти "атомарные" порции, бесконечные ряды, поезда- банковозы и прочее напоминают крыловский квартет, члены которого сидят то так, то эдак. Я построил график зависимости Свд=f(tвд) от tвд=0С до 100С и после некоторого поиска провел ординату, делящую площадь ровно пополам. Основание ее сидит на точке tвд=50,06С. Эта и есть та максимальная температура, которой можно достичь. (Ранее ошибочно указал 52,85С).
Николай Владимирович Голушко Чепуха. При противотоке используется непрерывный поток воды. Причем вода поступающая в трубы подогревателя непрерывно нагревается вне теплообменника. А здесь ограниченные объемы воды. И кстати, воду обычно греют не водой, а острым паром. А это совсем не вода))
Николай Владимирович Голушко Указываю на ошибку - нет учета КОНЕЧНОСТИ объема воды. В какой-то момент вы будет должны ОДНОВРЕМЕННО поставить заглушки слева и справа и СЛИТЬ оставшуюся воду из труб. Вот она то и охладит нагретую бывшую "холодную" и нагреет бывшую "горячую". Причем бывшую холодную остудит именно до 63,2 градусов, а бывшую горячую нагреет до 36,8 градусов. Ваши "поезда" имеют конечную длину. А они ВЕСЬМА длинные)) Вот их "хвосты" вы и не учитываете))
Денис Белов Первый ряд банок вы отождествляете с холодной, а второй - с горячей водой. Однако это не так. Первоначально холодная вода теперь находится во всех банках и если вы проследите за ней внимательно, то обнаружите, что в среднем у вас даже "фифти-фифти" не получилось.
Дело в другом. Если вы, не мудрствуя лукаво, нальете оба литра в один сосуд, через некоторое время горячая вода полностью передаст все свое тепло холодной, сама становясь таковой! Бред?
Механизм теплообмена - это УПРУГОЕ соударение молекул, при котором они обмениваются своими кинетическими энергиями: "горячие молекулы" становятся "холодными" и наоборот. Холодный литр нагревается на все 100 градусов и наоборот. Но поименного счета молекулам никто не ведет и они смешиваясь, создают среднюю температуру 50 (точнее, 50,06)С.
Николай Владимирович Голушко Все правильно. Дан правильный и МОТИВИРОВАННЫЙ РАСЧЕТАМИ (в комментариях) ответ. Приношу свои извинения за "провокации", на которые Вы не поддались)) Хотелось посмотреть, кто реально разбирается в физике, а кто так - "погулять вышел". Заодно выявили и любителей бездумного списывания ответов из книг)) Особенно ответ про "дифуры" "понравился" в этом смысле)). Но и до этого был списанный ответ)) Причем еще и с "выкладками".
Ответ 100*(1-e)/e верен только для случая деления на бесконечно малые порции только холодной ИЛИ горячей воды. При делении на бесконечно малые порции И холодной, И горячей воды осуществляется полный теплообмен. При равных массах холодная вода приобретает исходную температуру горячей, а горячая - исходную температуру холодной.
Респект и уважуха!
вода при 100 градусах пар
рассматривать газ в литрах - уже смяшно... плотность укажите.
вода при 0 градусах лёд
мерять твёрдые тела литрам - тож весело.
Ис 13-1 The Best
Ис 13-1 The Best
79 531
Николай Владимирович Голушко А вот здесь придется повторить уже данный комментарий к одному из ответов:
"Вода при температуре 0 градусов есть вода. А лед при температуре 0 градусов есть лед. Например, если вы возьмете лед при 0 градусов и растопите его, ни сообщив при этом воде ни одного лишнего микроджоуля тепла, Вы получите воду с температурой 0 градусов. Так что условия вполне корректные. 0 градусов Цельсия - температура равновесия между фазами льда и воды. Если Вы возьмете смесь льда и воды при 0 градусов и не будете сообщать данной смеси тепла, то количества льда и количество воды будет оставаться неизменным. Так что попробуйте все-таки рассмотреть. Впрочем, при таких знаниях физики, дальнейшее рассмотрение действительно бесполезно..."
То же самое относится к системе вода-пар при 100 градусах Цельсия.
Так что - сорри, но Вы неправы абсолютно.
Режу правду-матку: я бы кинул в термос два полиэтиленовых пакета с водой и получил два литра с 50°... Хотя теоретически можно использовать часть энергии нагретой воды для выработки энергии и применить ее в тепловом насосе для дальнейшей перекачки тепла после выравнивания температур. Но расчет выигрыша - за пределами моих познаний :(
TL
Tina Lorenzo
78 716
Николай Владимирович Голушко Нет. Никаких "тепловых насосов". Только теплобмен между горячей и холодной водой. Холодную воду можно нагревать только за счет горячей, охлаждая ее. Теплопотерь нет. Но ответ 50 градусов неверен. Весь вопрос в том, КАК НАГРЕВАТЬ.
Николай Владимирович Голушко Подсказываю - холодную можно нагреть горячее, чем 50 градусов)) Как? В распоряжении - любая лабораторная посуда. Потерь на теплообмен нет. Источников тепла, и прочей муры - тоже нет. Нагреваем холодную только за счет охлаждения горячей))
Николай Владимирович Голушко Ниже в одном из ответов дан правильный принцип нагрева. Но вывод сделан неверный.
скручиваем две стеклянные трубки в очень длинную и тонкую двойную стеклянную спираль так, чтобы стенки между спиралью 1 и спиралью 2 имели минимальную толщину. Теперь в спираль 1 медленно проталкиваем горячую воду, а НАВСТРЕЧУ ей в спираль 2 медленно проталкиваем холодную воду. Есть у меня ощущение, что все-таки произойдет обмен температурами почти полностью...
Lenа .
Lenа .
61 843
Милана Пшегусова Не произойдёт, за 1 цикл невозможно, это не элеткричество.
Николай Владимирович Голушко Посчитайте. Полного не произойдет. Внизу, кстати, посчитано. Только чересчур умный товарищ там про разницу плотностей горячей и холодной воды упомянул, видимо, решил, что он один про это знает, поэтому я попросила его расчетик не из книжки списывать, а провести с учетом плотности. Поэтому пока он лучшего ответа не получит. Посмотрим, проведет или нет. Я его не заставляла, сам напросился...
Нравится роль училки?
Тебя это заводит?
Меня нет..
Роман Гончаров
Роман Гончаров
73 000
Leena Neitsov Она просто ГуМАНИТАРИЙ, ибо сама нихуя решить не может!
Ольга Морозова До училки ей далеко, как до Луны
Чистаа каммент. Подобные консилиумы были когда распределяли заряд между конденсаторами и общую индуктивность катушек искали.

Интересный вопрос и обсуждения, спасиба :-)
И проверять нечего: никогда не знала!
Условия не корректные
Вода при температуре 0 градусов - есть лёд,
т. е. не жидкость, а твёрдое вещество!
Дальнейшее не рассматриваем.
МА
Маша Алёшина
66 011
Tina Lorenzo "Вода при температуре 0 градусов - есть лёд."
При 0° может быть и вода, и лед. Это точка изменения фазового состояния, в ней возможны обе фазы.
Николай Владимирович Голушко Вода при температуре 0 градусов есть вода. А лед при температуре 0 градусов есть лед. Например, если вы возьмете лед при 0 градусов и растопите его, ни сообщив при этом воде ни одного лишнего микроджоуля тепла, Вы получите воду с температурой 0 градусов. Так что условия вполне корректные. 0 градусов Цельсия - температура равновесия между фазами льда и воды. Если Вы возьмете смесь льда и воды при 0 градусов и не будете сообщать данной смеси тепла, то количества льда и количество воды будет оставаться неизменным. Так что попробуйте все-таки рассмотреть. Впрочем, при таких знаниях физики, дальнейшее рассмотрение действительно бесполезно...
Никаких ухищрений. 50 градусов, так и 50 градусов. Как бы не перемешивай костяшки домино - сумма очков останется 168.
Сергей Куренных Надеюсь, свое решение дадите в добавлениях.
Николай Владимирович Голушко Вы ошибаетесь. Перечитайте другие ответы)) Или сами попробуйте поделить порцию горячей воды на две части и нагреть ими всю порцию холодной по очереди до выравнивания температур)) Вы очень удивитесь, но температура холодной воды в результате такой операции станет равна не 50, а 55,53 градуса Цельсия.
Irma Cilosani а если с ухищрениями - можно передать тепло практически полностью.
разбейте каждую на N банок
представьте, что у вас едут навстречу два поезда с банками на платформах. каждый раз, когда платформы сравниваются, вы даете выровняться теплу у банок.

от есть - сначала выровняем первую банку 1-го поезда с 1-й банкой 2-го
продвинием на вагон.
выровняем 1-ю банку первого со 2-й банкой второго, 2-ю банку первого - с первой банкой ворого
и так далее

при двух вагонах получите 63 градуса, при сотне - 90...
раздели горячую воду на две порции по 0,5л и холодную так же. производя теплообмен между ними (помещая калориметр с холодной внутрь каломитра с горячей) в пять ступенией можно нагреть холодную воду до 62,5 С. вот как выглядят температуры в калориметрах на каждом этапе. 1) Г (50, 100), Х (50, 0), 2) Г (50, 75), Х (75, 0), 3) Г (25, 75), Х (75, 25), 4) Г (25, 50), Х (75, 50), 5) сливаем части вместе г (37,5), Х (62,5). если разделить воды на меньшие порции, то можно получить более высокую температуру холодной воды. в пределе при бесконечно малых порциях (встречный теплообмен) горячая и холодная вода поменяются температурами. т. е. максимальная температура 100.
**
**farid** *
70 161
Николай Владимирович Голушко Принцип верен. Но температурами они не поменяются ни за что и никогда)) Это нарушение второго закона термодинамики)) Рассчитайте максимально достижимую температуру))
Николай Владимирович Голушко Подсказываю, задача сводится к нахождению ПРЕДЕЛА, к которому будет стремиться температура холодной воды при стремлении объема порций горячей воды для ее нагрева к нулю.
Регина Бутенко Опа!
Так свободно излагаете космологию и прочие относительности и квантовые механики

А с задачкой "школьная физика 8 класс" ((с) Хранитель леса) ошибочка вышла.
Посмотрите задачку 96 в книжке
Маковецкий "Смотри в корень"
Сергей Леськов непонятно - как Вы считаете. Банок всего 2 по 2.Этапов д. б 3, а у вас 4! Как так ?

что где-то 63 с копейками градуса. только физики в подсчёте предела особо и нет

у нас при делении операции на n шагов получается последовательность из чисел
a1=(100/n)/(1+1/n)=100.(n+1) *1
a2=(100/n + (100/n)/(1+1/n))/(1+1/n) = 100/(n+1)^2 *(2n+1) =100/(n+1)^2*((n+1)^2-n^2)
a3=(100/n + ((100/n + (100/n)/(1+1/n))/(1+1/n)))/(1+1/n) =100/(n+1)^3 *(3n^2+3n+1) = 100/(n+1)^3*((n+1)^3-n^3)
...
an=100((n+1)^n-n^n)/(n+1)^n
предел последнего и находим
что неверно в задаче:
1 следует указывать МАССЫ воды, а не объём, поскольку реальная вода при 100 градусах имеет процента на 4 меньшую плотность, чем вода при нуле градусов
2 воду можно гонять, испаряя один объём воды и остужая ей другой, т е эти очень малые части воды прогонять через пар и придумать ещё 100 способов. Можно делать это всё в скороварке.
3 бесконечно дробить воду не получится
4 операции эти далеки до реальной жизни по тысяче и ещё десяти причинам

Вообще это задача вроде задачи про бедного жука, который ползёт по растягивающейся резиновой нити за время, превышающее время существования вселенной.
Николай Владимирович Голушко 1. А Вы рассчитайте с учетом плотности, я не возражаю)) Кто-то мешает? Что здесь неверного? Раз Вы этого хотите - значит Ваш ответ неверен. Пересчитайте, плииз... С учетом плотности, получите ЛО.
2. Испарять воду нельзя, потому что нет источников тепла.
3. Дробите воду до молекул. В теории кто мешает?
4. Задача теоретическая. Покажите мне хоть одну задачу по физике, которая не ограничена некоторыми условиями?
Николай Владимирович Голушко Ну, а чтобы интересней было, давайте возьмем просто 2 КИЛОГРАММА холодной и 1 КИЛОГРАММ горячей)) Чтобы различия прочувствовать получше)) А то еще скажете, что результирующую температуру надо на 1,04 поделить или на 0,96 умножить)) Заодно и проверим))
Irma Cilosani что за хрень вы посчитали?

если нет потерь, я могу обменять нагреть холодную сколь угодно близко к 100.

а уж выше 63 - и на практике как нефиг делать, труба в трубе и запускаем противотоком
Анна Мартошенко О, а можете поподробнее про задачу с жуком? Я как-то выдумал что-то похожее на почве "расширяющейся вселенной" и невозможности её покинуть, а решить толком не смог :-) хотя интуитивно кажется что покинуть можно при любой скорости..
раздели горячую воду на две порции по 0,5л и холодную так же. производя теплообмен между ними (помещая калориметр с холодной внутрь каломитра с горячей) в пять ступенией можно нагреть холодную воду до 62,5 С. вот как выглядят температуры в калориметрах на каждом этапе. 1) Г (50, 100), Х (50, 0), 2) Г (50, 75), Х (75, 0), 3) Г (25, 75), Х (75, 25), 4) Г (25, 50), Х (75, 50), 5) сливаем части вместе г (37,5), Х (62,5). если разделить воды на меньшие порции, то можно получить более высокую температуру холодной воды. в пределе при бесконечно малых порциях (встречный теплообмен) горячая и холодная вода поменяются температурами. т. е. максимальная температура 100.
Jumanazar Ilmuradov
Jumanazar Ilmuradov
51 603
из закона сохранения энергии - 50
сударь, вы не из балансера?
по идее через теплоемкость воды - 50 получается ))) наверно
NL
Natali Li
34 986
Николай Владимирович Голушко Читайте другие ответы, откроете для себя много нового))
До 50 градусов
Николай Владимирович Голушко Нет. Думайте. Или будем ждать верного ответа, хотя я сомневаюсь, что мы его получим.
Валерия Романенко Когда-то я любила думать над такими задачами, но сейчас вы мне просто вынесли мозг..
Предлагаю рацпредложение.
От емкости с горячей водой пропускаем тонкую металлическую трубочку (типа "змеевик") через емкость с холодной водой.
На выходе змеевика из емкости с холодной водой подключаем вакуум-насос.
Создаваемое разрежение вынудит горячую воду закипать, и в холодную воду будет передаваться как теплота пара, так и тепловая энергия конденсации пара.
Остывший водяной конденсат поначалу сливаем.
В дальнейшем, когда температура холодной воды поднимется, скажем, до 50 градусов, уже и конденсат будет такой же температуры.
Тогда конденсат будем направлять обратно в емкость с горячей водой. И будем выкачивать до полного победного конца остатки горячей воды с поступающим конденсатом.
Понятно, что здесь используется принцип теплового насоса. И если не ошибаюсь, его к. п. д. около 30%.
Т. е. тепловая энергия холодной воды станет выше средней (50°) примерно на 15°градусов, то в итоге холодная вода нагреется до 65°С.
Михаил Кузнецов На создание вакуума нужна энергия. Где взять...
Николай Владимирович Голушко Источников энергии в вашем распоряжении нет. Только любая (ЛЮБАЯ!) лабораторная посуда. Без потерь на теплообмен. И свое тело и тепло окружающей среды вы использовать тоже не можете. Нагрев холодной воды только путем теплообмена с горячей.
А в чем подвох?
Нормальные условия, фазового перехода нет, уравнение теплового баланса нам в помощь, школьная физика 8 класс.
Энтальпия воды при 100градусах 100,10ккал/кг, плотность 0,9584кг/л, т. е. имеем 0,9584кг кипятка
Холодная вода энтальпия = 0, масса 0,9999кг
Конечная энтальпия при завершении теплообмена
i = (0,9584*100,10+0,9999*0) / (0,9584+0,9999) = 48,99 ккал/кг
а это собственно 48,99гр. цельсия
Mahsud Aripov
Mahsud Aripov
6 136
Николай Владимирович Голушко Вот только теперь попробуйте посчитать температуру если взять сначала половину горячей воды, выравнять температуру, затем взять уже нагретую первой порцией горячей воды холодную воду и нагреть ее второй порцией горячей воды. Расчет несложен. Вот только температура "бывшей" холодной воды при этом станет существенно выше 48,99 градусов. А если смешать снова две порции "бывшей" горячей воды то их температура будет значительно ниже 48,99 градусов. Проверьте. Или почитайте комменты к другим ответам. Там был проведен аналогичный расчет. Без учета плотности, правда)) Но можно и учесть как Вы)) Сути дела это изменит. Нагреть порциями горячей воды холодную воду можно на более высокую температуру, чем если греть сразу всем количеством)) И чем меньше порции - тем выше температура. Но до определенного предела.
Очевидно имеется в виду ответ 100(е-1)/е. Только при чём здесь знание физики? Можно назвать это скромным знанием диффур, ну ещё некоторой изощренностью ума... Не более.
Елена Рачкова
Елена Рачкова
4 960
Irma Cilosani причем тут эти экспоненты? у вас по ним можно нагреть только до 63-х, а это - неверно

можно передать тепло практически полностью.
разбейте каждую на N банок
представьте, что у вас едут навстречу два поезда с банками на платформах. каждый раз, когда платформы сравниваются, вы даете выровняться теплу у банок.

от есть - сначала выровняем первую банку 1-го поезда с 1-й банкой 2-го
продвинием на вагон.
выровняем 1-ю банку первого со 2-й банкой второго, 2-ю банку первого - с первой банкой второго
и так далее

при двух вагонах получите 63 градуса, при сотне - 90, в пределе - полный обмен теплом
Николай Владимирович Голушко Несложно Вам будет повторить расчет при чуть других значениях? 2 килограмма холодной воды при нуле градусов, и 1 килограмм горячей при 100 градусах? Чтобы я убедилась, что ответ не списан с книги Маковецкого? И ЛО - Ваш!
Николай Владимирович Голушко Только поспешите, а то вопрос на голосование уйдет))
Елена Рачкова Мне не сложно, но и неинтересно. ЛО меня вообще не интересует...
Господину Левину вообще ничего не стану отвечать, потому как это человек слабо представляющий о чём он говорит, при этом такой напористый и хам попросту...
Алина #####
Алина #####
3 031
нет таких вод.... чистая теоретика))))
Вопрос некорректный. отсутствует температура окружающей среды, т. к. любая термодинамическая система стремится к равновесию, то ответ будет: 50 градусов + температура окр. среды.
Николай Владимирович Голушко У вас в условии написано - потерями тепла пренебрегаем. Непонятно? Это и означает, что обмена теплом с окружающей средой нет.
75 наверно
Николай Владимирович Голушко Почему 75? А не 76,3? Или не 67,2?
Юлия Кохонова 66,66666....градусов. То есть 2/3 от температурной разницы.
Режу правду-матку: я бы кинул в термос два полиэтиленовых пакета с водой и получил два литра с 50°... Хотя теоретически можно использовать часть энергии нагретой воды для выработки энергии и применить ее в тепловом насосе для дальнейшей перекачки тепла после выравнивания температур. Но расчет выигрыша - за пределами моих познаний
Вопрос некорректный. отсутствует температура окружающей среды, т. к. любая термодинамическая система стремится к равновесию, то ответ будет: 50 градусов + температура окр. среды.
фАЗОВОГО ПЕРЕХОДА НЕТ, те, теплоёмкости всё равно чуть разные, поэтому первый расчёт не верен. Где средние 50. Теплоёмкость 100 градусной выше. Так как межмолекулярные расстояния больше, и всё из этого исходящее. Теплопередача в простейшем виде не возможна от холодного к более горячему, температуры уравновешиваются, а при таких равных условиях и равенства энергий. Надо проспаться, тогда и подумать. Тут же про передачу от литра 100 градусной одной молекуле холодной речи не идёт? и вторых кт=эмвэ квадрат вторых. Скорость не релятивистская.
Anna *********
Anna *********
6