等量0度和100度水混合能得到50度水吗?

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2020-02-07 13:49:59

文章讨论了等量0度和100度水混合是否能得到50度水的问题,分析了绝热条件下的热交换和水的比热容影响,以及冰水混合物中冰的熔化热对最终温度的影响。

等量0度和100度水混合能得到50度水吗?

我们首先得假设整个系统是绝热的。如果整个系统不绝热,这堆物质可以和外界热交换的话,这个问题也就失去了意义了,因为最终的答案肯定会依赖外界的温度。在体系绝热的情况下,这个问题的答案还依赖水的比热容。可以看到水的比热容也是在随温度改变的,但是变化程度比较小,假设体系是等压的(不外加压力压缩水)。

那么比热容的数据大概是:这样一来,利用线性插值法我们可以进行估算,1kg的水从100℃降温到50℃放热约为209.761kJ,从0℃升温到50℃吸热约为209.403kJ。也就是说,如果不是0℃的冰水混合物而是0℃的纯液态水,那么放热会多一点点,推理可知总温度必须高于50℃一点点。(忽略混合时候的摩擦热)然而水的熔化热是334kJ/kg。

也就是说,原问题中的冰水混合物中如果有1g的冰(千分之一)而剩余的都是液态水,那么这1g的冰熔化就会吸收0.334kJ的热量,这时最终系统的温度大约是50℃。同理,如果冰更多,那么最终总温度会低于50℃。

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