m1 = 12кг - масса воды в калориметре
t1 = 5°C - температура воды в калориметре
m2 = 0,5 кг - масса пара
t2 = 150 °C - температура пара
Сп = 2300 Дж/(кг· °С) - теплоёмкость пара
Св = 4190 Дж/(кг· °С) - теплоёмкость воды
r = 22,6 · 10⁵ Дж/кг - теплоёмкость парообразования
t3 - ? - температура теплового баланса
Сначала пар охладился до tкип = 100°С, при этом он отдал энергию Q1
Q1 = Cп · m2 · (t2 - tкип) = 2300 · 0,5 · (150 - 100) =
= 57500 = 0,575 · 10⁵ (Дж)
Затем пар сконденсировался и превратился в воду, при этом он отдал энергию Q2 = r · m2 = 22,6 · 10⁵ · 0,5 = 11,3 · 10⁵ (Дж)
После этого вода массы m2 охладилась до температуры t3, отдав энергию Q3 = Cв · m2 · (tкип - t3)
Вода в калориметре нагрелась до температуры t3, поглотив энергию
Q4 = Cв · m1 · (t3 - t1)
Уравнение теплового баланса имеет вид:
Q1 + Q2 + Q3 = Q4
Q1 + Q2 + Cв · m2 · (tкип - t3) = Cв · m1 · (t3 - t1)
Q1 + Q2 + Cв · m2 · tкип - Cв · m2 · t3 = Cв · m1 · t3 - Cв · m1 · t1
Cв · m1 · t3 + Cв · m2 · t3 = Q1 + Q2 + Cв · m2 · tкип + Cв · m1 · t1
t3 = (Q1 + Q2 + Cв · (m2 · tкип + m1 · t1)) : (Cв · (m1 + m2)) =
= (0,575 · 10⁵ + 11,3 · 10⁵ + 4190 · (0.5 · 100 + 12 · 5)) : (4190 · (0.5 + 12) =
= (0,575 · 10⁵ + 11,3 · 10⁵ + 4,609 · 10⁵) : 0.52375 · 10⁵ ≈ 31°
ответ: ≈ 31°С
Уильям Гершель, список научных заслуг которого громаден, первым попытался определить форму и размеры нашей огромной звёздной системы, названной Галактикой — от греческого «галактиос», что означает «млечный». Задача была непростая и чреватая ошибками, поскольку У. Гершель ещё не имел представления о межзвёздной поглощающей материи. В конце концов у него получилась структура наподобие толстой линзы с сильно изрезанными краями, причём Солнце оказалось почти точно в центре Галактики. Хорошо зная, что это не так, воздержимся всё же от критики в адрес великого астронома на современном ему уровне знаний нельзя было достичь большего результата.
Догадка о том, что звёздная система Млечного Пути может быть всего лишь одной из бесчисленного множества подобных систем, была высказана в 1734 году шведским философом Эммануилом Сведенборгом. У. Гершель также предположил, что по крайней мере некоторые светлые туманности, трактуемые в то время как сравнительно близкие к нам протозвездные облака, на деле могут являться очень далекими звёздными скоплениями — галактиками, в которых невозможно рассмотреть
звёзды по отдельности из-за очень большой удалённости до них. В то же время, астрономические наблюдения планетарной туманности NGC 1514, проведённые Гершелем в 1785 году позволили рассмотреть в её центре одиночную звезду, окруженную со всех сторон загадочным туманным веществом, напоминающем рассеянные облака. Таким образом было подтверждено существование подлинных туманностей, находящихся в пределах
нашей Галактики — Млечного Пути. В туманности, как далёкие звёздные системы, после этого было трудно поверить.
Но конечно же, до конца жизни У. Гершель как настоящий учёный сомневался в своих предположениях о природе туманностей и признавал вероятность возможных ошибок в выводах. Хотя даже последующие исследования, в том числе и его сына Джона, который обследовал около пятисот туманностей, в подавляющем большинстве указывали на однозначное существование лишь туманных объектов в истинном смысле, но никак не на галактические объекты представляющие собой огромные звездные скопления.
На самом деле среди наблюдаемых Гершелем туманностей было немало галактик. Проблема заключалась лишь в том, чтобы отождествить их. Величайший астроном Уильям Гершель, имевший в своем распоряжении крупнейшие на своё время телескопы, не смог решить эту
проблему. Всё же не хватало прежде всего оптической силы этих самых телескопов и чувствительности других астрономических инструментов, чтобы провести с достаточной степенью точности спектральный анализ очень неярких туманностей на небе. По-настоящему открытие галактик состоялось только в XX веке…
