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8℃,30℃,48℃である。AとBを混ぜるとその温度は18℃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。

Solution

この問題では、液体A、B、Cを混ぜたときの温度を求めるため、各液体の温度と比熱の関係を利用します。

液体A、B、Cが等しい容量であるため、比熱を cAc_AcBc_BcCc_C とします。これらの比熱を用いて混合後の温度を求める方程式を立てます。

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、温度は18℃になります。これに基づいて次の方程式を立てます。

cA×(188)=cB×(3018)c_A \times (18 - 8) = c_B \times (30 - 18)

10cA=12cBcA=65cB10c_A = 12c_B \quad \Rightarrow \quad c_A = \frac{6}{5}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、温度は40℃になります。これに基づいて次の方程式を立てます。

cB×(4030)=cC×(4840)c_B \times (40 - 30) = c_C \times (48 - 40)

10cB=8cCcB=45cC10c_B = 8c_C \quad \Rightarrow \quad c_B = \frac{4}{5}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=65cB=65×45cC=2425cCc_A = \frac{6}{5}c_B = \frac{6}{5} \times \frac{4}{5}c_C = \frac{24}{25}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。これに基づいて次の方程式を立てます。

cA×(T8)=cC×(48T)c_A \times (T - 8) = c_C \times (48 - T)

これに cA=2425cCc_A = \frac{24}{25}c_C を代入します。

2425cC×(T8)=cC×(48T)\frac{24}{25}c_C \times (T - 8) = c_C \times (48 - T)

両辺を cCc_C で割ると、

2425(T8)=48T\frac{24}{25}(T - 8) = 48 - T

これを解くと、

24T192=120025T24T - 192 = 1200 - 25T

49T=1392T=139249=28.449T = 1392 \quad \Rightarrow \quad T = \frac{1392}{49} = 28.4℃

答え:

AとCを混ぜたときの温度は 28.4℃ です。

何か質問や詳しい説明が必要ですか?以下の関連する質問も試してみてください。

  1. 比熱の定義とは何ですか?
  2. 混合物の温度を求める他の方法はありますか?
  3. 比熱が同じ液体同士を混ぜた場合、温度はどうなりますか?
  4. 比熱が異なる液体同士を混ぜた場合の温度の影響は?
  5. この問題における比熱の役割とは何ですか?

Tip: 混合物の温度を求める際には、比熱と質量の比を考慮することで、正確な温度が求められます。

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Thermodynamics
Heat Transfer
Specific Heat Capacity

Formulas

Heat transfer equation
Specific heat capacity formula

Theorems

-

Suitable Grade Level

High School