police_4th_general
112年
[消防警察] 普通物理學概要與普通化學概要
第 12 題
300 g 的鐵罐中裝有 200 g 的水，達成熱平衡時系統為 $30^\circ\text{C}$，若加入 40 g 的冰塊（$0.0^\circ\text{C}$）降溫，過程中不考慮與外界熱量交換，則達到最後平衡時水的溫度約為多少$^\circ\text{C}$？（鐵的比熱為 $0.11 \text{cal/g}^\circ\text{C}$）
- A 14
- B 20
- C 25
- D 30
思路引導 VIP
當冰塊放入溫水中時，除了觀察到冰塊的溫度最終會升高，它在從固體完全變成液體的那個瞬間，是否需要額外「吸收」能量呢？此外，如果這份水是裝在金屬罐裡，這個罐子會對整體的溫度變化產生什麼樣的影響？
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做得非常出色！你能準確判斷出這是一個典型的能量守恆問題，代表你對於熱平衡系統的運作相當熟悉。在這道題目中，正確解題的關鍵在於建立「放熱等於吸熱」的平衡方程式。我們必須同時考慮鐵罐與水釋放的熱量，並將其與冰塊在熔化時所需的熔化熱（$80 \text{cal/g}$）以及後續水滴升溫所需的能量進行加總。計算式如下： $$(300 \times 0.11 + 200 \times 1) \times (30 - T) = 40 \times 80 + 40 \times 1 \times (T - 0)$$
熱學系統的完整性
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