這個問題需要利用牛頓冷卻定律(Newton's
Laws of Cooling):
" 物體和周遭(例如室溫)兩溫度差的變化率和兩者的溫度差成正比
"
寫成數學式,即:
其中D(t)表在 t時刻兩者溫度差,是比例常數,而負號表示溫度差是呈遞減關係(隨 )於是解一階微分方程:
若給予初始值:一開始兩溫差。
,
我們所關心的是實際溫度,記為物體在 時刻的溫度,為周遭溫度(假設為常數)
,
,
現在回到原問題:設咖啡的初始溫度是 ,比熱是 ,質量 一匙奶精的溫度是,比熱是,質量
總統(A):先混合咖啡與奶精,設均衡溫度為 ,則由
冷卻十分鐘後有
副總統(B):咖啡先冷卻十分鐘 ,之後咖啡再和奶精混合,設均衡溫度為
,則有
比較 和 比較和
比較和
發現。
結論:總統喝到比較熱的咖啡。
註:就極端情形來看,如果一開始的時候,總統在咖啡中加入相當分量的奶精,使咖啡的溫度降到剛好是室溫,那麼此後總統的咖啡就處於等室溫的狀態,如此過十分鐘,副總統的咖啡會比原來開始的要冷,再加入等量的奶精一定會低於室溫。
|