02.28 一升100℃的水裡倒入一升0℃的水,得到的是不是兩升50℃的水?為什麼?

魏龍水


我的回答是:這個問題缺少的條件太多,結果不收斂,存在無數個答案。如果想要一個唯一的答案的話,建議將問題改為:在絕熱條件下,一個大氣壓下,一升100℃的液態水與一升0℃的液態水混合,得到的是液態水的體積和溫度分別是多少。

這裡先分析一下為什麼原問題的答案有無數個:

第一,未明確系統滿足絕熱條件。絕熱系統是繼續算下去的必要條件,如果不絕熱,熱量偷偷跑到哪兒去了都不知道,我們只能乾瞪眼。

第二,水的狀態不確定。通常來說,水有三種狀態:氣態、液態、固態。(嚴格來說,還有其它特殊的狀態,這裡不深入討論了),還存在氣液混合物和固液混合物。不同狀態的水,其密度、比熱等特性都有著巨大的區別,而水在相變過程中,還要考慮潛熱的存在。因此,如果不限定水的狀態,就會出現多個排列組合,如一升100℃的液態水與一升0℃的固態水(冰)混合,或者一升100℃的水蒸氣與一升0℃的冰混合,再或一升100℃的水蒸氣與一升0℃的液態水混合,已經讓人頭大,如果再考慮混合物,比如100℃的氣水混合物,或0℃的冰水混合物,混合比例還未知,這時的答案將不是一個確定的值,而變成一個特別大的範圍或集合,這個問題就失去意義了;

第三,即便限定了水的狀態,但我們還忽略了一個重要條件:壓力。壓力不僅僅與水的比熱容有關,還和水的密度有著密切的關係。對於水蒸氣,在特定溫度下,其密度與壓力成正比,就原問題而言,混合前的壓力和混合後的壓力為何,對結果的影響非常巨大;對於液態水,一般的書上會說水在4℃時密度最大,但液態水的密度與壓力也存在關係,下圖展示了在較高壓力下水的部分密度數據,可以明顯的看到,隨著壓力的升高,液態水的密度也在升高;對於固態的冰,其密度與壓力的關係我還沒查到相應文獻,想必也存在一定關聯,但變化應該不大。因此,必須限定混合前的壓力和混合後的壓力。

通過以上分析,我們可以得出結論,要想得到唯一確定的答案,必須滿足絕熱條件,還必須給定混合前兩種水的狀態和壓力,以及混合後的壓力。

鑑於我們日常所處的環境,以及最常見的水的狀態,我們不妨在絕熱條件下,限定兩種情形,進行一下具體的計算,一是在一個大氣壓下,一升100℃的液態水與一升0℃的液態水混合,二是一個大氣壓下,一升100℃的液態水與一升0℃的冰混合,得到的混合物也均在一個大氣壓下,以下是計算過程。

1、一個大氣壓下,一升100℃的液態水與一升0℃的液態水混合:

這種情形很多網友已經計算過了,這裡再贅述一遍。最方便的辦法就是查焓值表,查表得到:同在一個大氣壓下,一升100℃的液態水的密度是958.345 kg/m3,比焓是419.14 kJ/kg,可算出焓值是401.6807 kJ;一升0℃的液態水的密度是999.84 kg/m3,焓值是0。將兩部分的焓值相加,除以總質量得到比焓,再反查焓值表,利用插值方法,可得到混合水的溫度是48.965℃。查密度表可知此時水的密度是988.4628 kg/m3,可算出混合水的體積是1.981升

2、一個大氣壓下,一升100℃的液態水與一升0℃的冰混合:

與前面的液態水混合相比,這種情況的區別在於冰融化成水需要熱量,即熔化焓或熔化熱。一個大氣壓下冰的熔化焓是6.008 kJ/mol,或333.778 kJ/kg。取冰的密度為917 kg/m3,一升0℃的冰的質量為0.917 kg,融化為0℃的液態水後,需要吸熱306.0742 kJ,混合後水的焓值需要減去這部分熱量,再除以總質量,算出比焓為50.981 kJ/kg,反查或反算混合水的溫度為12.102℃,查密度表得到此時密度為999.4848 kg/m3,可求得混合水的體積是1.918升

最後,我猜測題主在提問時默認的應該是“一個大氣壓下,一升100℃的液態水與一升0℃的液態水混合”,這是最容易想到,也最常見的情景。上面囉嗦了許多,只是因為理工男有過於嚴謹的毛病,並非專門抬槓,請網友輕拍。要是真想抬扛,還有的是可找碴的地方,比如倒水時的勢能要不要考慮?還有一種情況:水這種東西,很神奇的喲,重水和超重水在向我們招手。。。


人馬座A


一群槓精!不過我是國家二級抬槓運動員!

0度水的密度0.9998,100度是0.9584。



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不會是50°C 2升水。這裡涉及兩個物理學概念:水的熱膨脹係數和水的比熱。水的熱膨脹係數隨著溫度變化而變化,不是一個恆定的值,水從0°升到3.98°C體積是在變小的,繼續升高體積又變大,這個變化與溫度之間不是同比例。所以一定質量的水,0°,50°,100°,體積不一樣。兩個不同溫度的1升水,加一起溫度都發生變化,體積不再是兩個1升的和。由於1升0°水和1升100°水熱膨脹係數不一樣,同樣體積水其質量是體積是不一樣的,水的比熱的常數,同樣質量的水升高或降低相同的溫度,其吸收或釋放的熱量是一樣的,但0°1升水和100°1升質量不一樣,到50°時候吸收的熱量和釋放的熱量是不相等的。所以混合以後水的溫度肯定不是50°。這裡多說一句,水是自然界最奇妙的物質,它在3.98°的時候密度最大,所以不論多冷的冬天,水深的河底部的水都是3.98°不會結冰,那裡是魚類的庇護所,同樣,不論多熱的夏天,一定深度的水庫底層的水溫都是在4°附近,那裡是冷水魚的天堂。千島湖底部的水夏天可以供應冷氣就是這個原因。


跟我學栽一盆桃


兩部分相同質量的100度和0度(未結冰)的水倒在一起,溫度會不會是50度? 首先應明確熱水與冰水混合時與外界的換熱可忽略,

然後查水的物理性質表可得0度時水的焓值為0kJ/kg,100度時水的焓值為419.10kJ/kg。100度的熱水與0度的冰水等體積混合時,0度水的焓增與100度水的焓減應相等,假設混合後的水的焓值為H,為計算方便,熱水與冰水分別取1m3,則

1*999.9*(H-0)=1*958.4*(419.10-H)

式中999.9、958.4分別為0度、100度時水的密度,

計算得H=205.11kJ/kg,查水的物理性質表可知,H的值介於40~50度之間,設此時水溫為t,用內插法,可得

(209.30-167.51)/(50-40)=(205.11-167.51)/(t-40)

式中 209.30、167.51分別為50度、40度水的焓值,

計算得t=49.0度,因此100度的熱水與0度的冰水等體積混合之後是49度

1. 質量問題

科學上看,是無法達到兩斤的。

因為水幾乎在任何溫度下,都有蒸發,除非是密閉容器,且合併後盛放水的器皿的容積恰好等於水的體積,否則,溫度越高,蒸發量越大,會損失一些水。最後的質量就會變成略低於兩斤。

2. 溫度問題

1.能量會有損耗。即使是現在的科學環境下,也很難做到0能量損耗。那麼這部分損耗也會帶來溫度下降,也就是會低於50度。

2.環境影響:如果在正常室溫下,水和室內的環境有能量交換!這樣的交換,也會帶來降溫。

3.比熱容因素:每個物質的比熱容不是固定數值。不同溫度下比熱容就有細微差別。

綜合來看:

最後,會得到略低於2斤的,溫度低於50度的水~

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桂靈小威


看了那麼多答案,我覺得我的答案最深入人心!:差不多50℃左右!


歌皮哈特


這個題是問小學生?還中學生,還是大學生?不同的學習深度,答案不一樣。小學生不考慮密度,答案正確。初中生要考慮密度,答案不正確。高中生要考慮零度水的熱容比,所以答案不定。大學生考慮混合後體積以及上述變化,答案不確定。


簡單如一15


老話說的好:冷水難燒,同質量100度的水兌進0度的水中絕對不是50度,應該是30幾度而已。


鐵樹結果


對於日常生活來講,不需要太精細的計算的話,大致是這樣的情況。簡單來說,把1升100攝氏度的水,倒入1升零度的水中,得到的接近50攝氏度的水。

有人會問,零度時水不都變成冰了嗎? 這裡,在1個標準大氣壓下,一般把冰水混合物的溫度定為0攝氏度。因此,存在著零度的水,也存在有零度的冰,但想要把零度的水變成零度的冰,就要繼續釋放熱量才行。


但如果作為中學物理裡的計算題,我們就需要考慮一些細節了。首先要考慮成理想的隔熱容器中,忽略和外界的熱量交換,還要忽略掉過程中的水汽蒸發。假設混合後溫度為t0, 計算物體降溫釋放熱量的公式是Q放熱=cm (t0 - t), 而低溫的水升高溫度到t0, 水吸收的熱量是Q吸熱= cm (t-t0)。在本理想體系中Q吸熱=Q放熱,其中比熱c和m是個變量。

通過以上公式我們就可以對混合後的溫度t0進行計算,這裡零度的水密度為0.9998, 而100攝氏度水的密度為0.9584,當考慮c不變時,可以計算得到混合溫度為48.943攝氏度,稍低於50度。

其實較真起來,水的比熱容c隨著溫度也略有變化,例如常壓下,0攝氏度水的比熱容是4.216,而100度時水的比熱容為4.212。考慮到是理想狀態的各種忽略,一般就大致如上計算了。


量子實驗室


不是,就算不考慮外界因素的理想狀態下也不是。

第一,不是兩升,因為水和冰的密度不同,一升冰融化後是沒有一升水的,所以總體積小於兩升。

第二,不是50度,有兩個原因:一是他們的同等狀態下實際體積不相等,所以他們的能量並不能平均分配。二是狀態轉換會有能量的變化,冰融化成水需要消耗能量,最所以最後整體的溫度會小於50度


太陽愛上月亮


很簡單!一隻溫度計,一升一百度的水,一升0度的水,對一起,用溫度計攪勻了看刻度,一個個算的津津有味的,費勁不?


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