Math Problem Statement

容量が等しい3種類の液体A,B,Cがあり,その温度はそれぞれ10℃,28℃,44℃である。AとBを混ぜるとその温度は22℃となり,BとCを混ぜるとその温度は40℃となる。AとCを混ぜたときの温度を求めなさい。(小数第一位までの数にして答えなさい。)

Solution

この問題も、先ほどと同様に比熱を使ってAとCを混ぜたときの温度を求めます。

ステップ1: AとBを混ぜたときの温度

AとBを混ぜたときの温度が22℃です。比熱を cAc_AcBc_BcCc_C として次の関係式を立てます。

cA×(2210)=cB×(2822)c_A \times (22 - 10) = c_B \times (28 - 22)

12cA=6cBcA=12cB12c_A = 6c_B \quad \Rightarrow \quad c_A = \frac{1}{2}c_B

ステップ2: BとCを混ぜたときの温度

BとCを混ぜたときの温度が40℃です。これに基づいて次の方程式を立てます。

cB×(4028)=cC×(4440)c_B \times (40 - 28) = c_C \times (44 - 40)

12cB=4cCcB=13cC12c_B = 4c_C \quad \Rightarrow \quad c_B = \frac{1}{3}c_C

ステップ3: AとCの比熱の関係

先ほど求めた比熱の関係を使って、AとCの比熱の関係を求めます。

cA=12cB=12×13cC=16cCc_A = \frac{1}{2}c_B = \frac{1}{2} \times \frac{1}{3}c_C = \frac{1}{6}c_C

ステップ4: AとCを混ぜたときの温度を求める

AとCを混ぜたときの温度を TT とします。次の方程式を立てます。

cA×(T10)=cC×(44T)c_A \times (T - 10) = c_C \times (44 - T)

これに cA=16cCc_A = \frac{1}{6}c_C を代入します。

16cC×(T10)=cC×(44T)\frac{1}{6}c_C \times (T - 10) = c_C \times (44 - T)

両辺を cCc_C で割ると、

16(T10)=44T\frac{1}{6}(T - 10) = 44 - T

これを解くと、

T10=2646TT - 10 = 264 - 6T

7T=274T=274739.17T = 274 \quad \Rightarrow \quad T = \frac{274}{7} \approx 39.1℃

答え:

AとCを混ぜたときの温度は 39.1℃ です。

質問やさらに詳しい説明が必要であれば教えてください。以下の関連する質問も試してみてください。

  1. なぜ比熱が重要なのか?
  2. 温度計算における質量の役割とは?
  3. 比熱が等しい場合と異なる場合の混合温度の違いは?
  4. 温度の計算で比熱が異なる液体をどう扱うか?
  5. 混合比率が異なる場合の温度の求め方は?

Tip: 問題で与えられたすべての条件をしっかりと使うことで、正確な答えにたどり着けます。

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Heat transfer
Specific heat capacity

Formulas

Heat transfer formula using specific heat capacity

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