Question

Лабораторная работа по физике, 8 класс. Определение удельной теплоты плавления льда. Какова будет температура воды, после расплавления в ней кусочка льда (80 г) при температур 0 градусов в горячей воде (0.1 кг) температура которой равна 60 градусам по Цельсию? 35 баллов!

Answer 1

Ответ:

$0^o C$

Объяснение:

Масса льда:  $m = 0.08$  кг ,

начальная температура льда:  $t^o = 0^o C$ ,

масса горячей воды:  $M = 0.1$  кг ,

начальная температура горячей воды:  $T^o = 60^o C$ ,

Уравнение теплового баланса:  $Q_{OX} = Q_{PA} + Q_{HA}$  ,

т.е. теплота охлаждения воды равна сумме теплот расплавления льда и нагревания полученной воды до общей температуры  $t'$  , которой достигнет при охлаждении и имевшаяся горячая вода.

$Q_{OX} = cM(T^o-t')$  , где  $c = 4.19$  кДж/кг*С – удельная теплоёмкость воды; для охлаждения горячей массы $M$  , данной при $60^o C$;

$Q_{PA} = \lambda m$  , где  $\lambda = 330$  кДж/кг – удельная теплота плавления льда;

$Q_{HA} = cm(t'-t^o)$  , где  $c = 4.19$  кДж/кг*С – удельная теплоёмкость воды; для нагревания массы $m$  , полученной из льда;

Конечная температура воды не может оказаться ниже ноля (самоё холодное – лёд, данный при ноле). В то же время ясно, что из-за холодного льда конечная равновесная температура будет ниже начальной:  $t'$  ;

Максимальная энергия  $Q_{OXmax}$  , которую может отдать при остывании горячая вода может быть расчитана исходя из того, что минимально допустимая конечная температура  $t'_{min}=0$  .

$Q_{OXmax} = cM(T^o-t'_{min}) = cMT^o = 4.19 \cdot 0.1 \cdot 60$  кДж  $= 25.14$  кДж.

Энергия  $Q_{PA}$  , необходимая для расплавления всего льда:

$Q_{PA} = \lambda m = 330 \cdot 0.08 \cdot 60$  кДж  $= 26.4$  кДж.

Ясно, что даже охладив всю горячую воду мы не получим энергии достаточно для расплавления всего данного для эксперимента льда, поскольку  $Q_{PA} > Q_{OXmax}$  .

Стало быть вся горячая вода остынет до нуля, а кусок льда так до-конца и не растает.

Конечная температура  $t'=0^o C$ .

Answer 2

Для решения этой задачи, мы можем использовать закон сохранения энергии.

Сначала определим количество теплоты, необходимое для нагревания горячей воды до её конечной температуры.

Q1 = m1 * c1 * ΔT1

Где: Q1 - количество теплоты, необходимое для нагревания горячей воды (в Ж), m1 - масса горячей воды (в кг), c1 - удельная теплоёмкость воды (примем равной 4,18 Дж/(г*°C)), ΔT1 - изменение температуры горячей воды (в °C).

Подставим известные значения:

m1 = 0.1 кг = 100 г c1 = 4,18 Дж/(г*°C) ΔT1 = 60 °C - 0 °C = 60 °C

Q1 = 100 г * 4,18 Дж/(г*°C) * 60 °C = 25080 Дж

Затем определим количество теплоты, необходимое для плавления льда.

Q2 = m2 * L

Где: Q2 - количество теплоты, необходимое для плавления льда (в Ж), m2 - масса льда (в кг), L - удельная теплота плавления льда (примем равной 334 Дж/г).

Подставим известные значения:

m2 = 80 г = 0.08 кг L = 334 Дж/г

Q2 = 0.08 кг * 334 Дж/г = 26.72 Дж

Общее количество теплоты, необходимое для нагревания горячей воды и плавления льда, будет равно сумме Q1 и Q2:

Qобщ = Q1 + Q2 = 25080 Дж + 26.72 Дж = 25106.72 Дж

Далее, чтобы определить конечную температуру воды, мы можем использовать формулу:

Qобщ = m3 * c3 * ΔT2

Где: Qобщ - общее количество теплоты (в Ж), m3 - масса воды (горячей и плавления льда) (в кг), c3 - удельная теплоёмкость воды (примем равной 4,18 Дж/(г*°C)), ΔT2 - изменение температуры воды (в °C).

Подставим известные значения:

Qобщ = 25106.72 Дж m3 - масса воды = m1 + m2 = 100 г + 80 г = 180 г = 0.18 кг c3 = 4,18 Дж/(г*°C)

Qобщ = 0.18 кг