Feladat: 1753. fizika feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Szállási Zoltán 
Füzet: 1982/október, 90 - 91. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Folyadékok, szilárd testek fajhője, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1982/január: 1753. fizika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Osszuk fel mindkét vízmennyiséget n-n egyenlő részre! Ezután 1 rész ‐ kezdetben 100C-os ‐ vizet helyezzünk egymás után a kezdetben 0C-os részek mellé, és hagyjuk, hogy hőmérsékletük kiegyenlítődjön. Ekkor az eredetileg 0C-os víz " részek'' hőmérséklete 50C, 25C, 12,5C stb. lesz. Hasonlóan megismételjük az eljárást az összes ‐ kezdetben 100C-os ‐ vízrészre is. Jelöljük Tij-vel az i-edik rész kezdetben 0C-os víz hőmérsékletét a j-edik hőcserélés után. A j-edik hőcsere után az i-edik rész hőmérséklete a hőcsere előtti hőmérsékletének (Tij-1) és a hozzá érkező ‐ kezdetben 100C-os ‐ víz hőmérsékletének az átlaga lesz. Ez utóbbi hőmérséklete megegyezik az i-1-edik rész hőmérsékletével a j-edik hőcsere után (Ti-1j). A T0j-t minden j-re 100C-nak definiáljuk, és a Ti0-at pedig 0C-nak.
Így

Tij=Tij-1+Ti-1j2
Készítsünk táblázatot, amelyben feltüntetjük, hogy mekkorák a fenti képlet alapján kiszámított Tij értékek:
 

j\i|  0mm1  mm2  mm3  mm  4  mm 5  mm 6  mm7  mm 8 0|mmm0mmm  0mmm0mmm0mmm0mmm0  mmm0mmm0     110050,125,112,516,313,111,610,810,4  210075,150,131,318,810,9   16,313,512,1  310087,568,850,134,422,714,519,115,5  410093,882,365,650,136,325,417,211,3  510096,989,177,363,750,137,727,419,4  610098,493,885,574,662,350,131,729,1  710099,296,591,082,172,661,350  ,139,5  810099,698,094,568,780,670,960,550,1
 


Úgy számíthatjuk ki a folyamat végén a kezdetben 0C-os víz átlaghőmérsékletét, hogy a táblázat n-edik sorában (a 0-dikat kivéve) az első n szám átlagát vesszük. Eredményül azt kapjuk, hogy a nyolcadik sorban levő számok átlaga 80,35C, azaz az átlaghőmérséklet már 80C felett van.
Tehát, ha mindkét folyadékot 8 egyenlő részre osztjuk, és a fenti eljárást elvégezzük, akkor a kezdetben 0C-os víz ţ80,35C-ra melegszik fel.
Ha n-nel tartunk a végtelenhez, akkor egy ellenáramú hőcserélőhöz jutunk, amely ideális esetben a teljes hő kicserélésére alkalmas. Elvileg tehát a 100C-os hőmérséklet tetszőleges előírt pontossággal megközelíthető.
 

 Szállási Zoltán (Esztergom, Dobó K. Gimn., IV. o. t.)
dolgozata alapján
 

Megjegyzések. 1. Szállási Zoltán számítógépes program segítségével különböző n-ekre kiszámolta az elért átlaghőmérsékletet. Azt kapta, hogy n=100 esetén az átlaghőmérséklet már 94,36C.
2. A fenti eredményt érdemes összevetni az 1589. feladat megoldásával (1. KML 60 (1980/4) 181. old.).