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往一升100℃的水里倒入一升0℃的水后得到的水的温度是50℃吗?怎样计算?
小蜜蜂 2019-12-27 16:21:18

  按照生活的常理来说,在高温度(100℃)的水中掺入低温度(0℃)的水,按照通俗的思维来计算的话,通常这个时候的水的温度应该是50℃,那么是不是真的是这样的一种思考方式呢?现实生活的例子我们当然是可以真正的去做实验的,并且在这个操作的过程中,我们需要考虑的一些外部的因素也是很多的,诸多的影响因素之下,较后的水温不是50℃,不信我们下面就来证明一下。

往一升100℃的水里倒入一升0℃的水后得到的水的温度是50℃吗?怎样计算?

  首先可以肯定的说,如果“一升100°C的水里倒入一升0°C的水”,得到的不是“两升50°C的水”,为什么呢?这里要考虑三个影响因素:

  其一、密度。无论是一升100°C的开水,还是一升0°C的冰水,其密度都小于较大值4°C水的密度1,两者掺和到一起,基本也就变成了常温下的水了,也就是更接近密度1,因而体积必然变小,确定无疑不会是两升,只能是略小于两升吧!

  其二、比热容。单位质量物体改变单位温度时吸收或放出的热量,4℃的水密度较大,0℃的水的密度比100℃水的密度大,两者混合以后,无论是吸收还是放出热量,都会大大损耗比热容,也就是说,混合后的水,不会是平均值,混合水温应该低于50℃。

  其三、体积与质量。一升100°C的开水和一升0°C的冰水,体积是相同的,但是由于密度的不同,决定了其质量的不同,一升0°C的冰水密度大于一升100°C的开水,所以冰水的质量更多一些,混合后的结果,只能是水温低于50℃,体积小于两升了。

  下面我们通过一些简单的知识和计算来算一下经过这样的操作之后的水的温度是多少。

  对于日常生活来讲,不需要太精细的计算的话,大致是这样的情况。简单来说,把1升100摄氏度的水,倒入1升零度的水中,得到的接近50摄氏度的水。

  有人会问,零度时水不都变成冰了吗? 这里,在1个标准大气压下,一般把冰水混合物的温度定为0摄氏度。因此,存在着零度的水,也存在有零度的冰,但想要把零度的水变成零度的冰,就要继续释放热量才行。

  但如果作为中学物理里的计算题,我们就需要考虑一些细节了。首先要考虑成理想的隔热容器中,忽略和外界的热量交换,还要忽略掉过程中的水汽蒸发。假设混合后温度为t0, 计算物体降温释放热量的公式是Q放热=cm (t0 - t), 而低温的水升高温度到t0, 水吸收的热量是Q吸热= cm (t-t0)。在本理想体系中Q吸热=Q放热,其中比热c和m是个变量。

  通过以上公式我们就可以对混合后的温度t0进行计算,这里零度的水密度为0.9998, 而100摄氏度水的密度为0.9584,当考虑c不变时,可以计算得到混合温度为48.943摄氏度,稍低于50度。

  其实较真起来,水的比热容c随着温度也略有变化,例如常压下,0摄氏度水的比热容是4.216,而100度时水的比热容为4.212。考虑到是理想状态的各种忽略,一般就大致如上计算了。

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