Question

2. В холодильнике из воды, температура которой 20 °С, по- лучили лед массой 200г при температуре−5°C. а) Какое количество теплоты было отдано водой и льдом? б) Сколько времени затрачено на получение льда, если мощность холодильника 60 Вт, а количество теплоты, выделившейся при получении льда, составляет 10% от количества энергии, потребленной холодильником

Answer 1

Q1=Q2+Q3+Q4 
где Q1 - количество теплоты отнятое у воды и льда 
Q2 =сm(t1-t2) - количество теплоты отданное водой для того чтобы понизить свою температуру до 0 градусов. t1=20 град, t2= 0 град. 
с=4200, m=200 гр = 0,2 кг 
Q3 =km- количество теплоты, отданное водой, чтобы криссталлизоваться в лед. k = 2100 - удельная теплота плавления (криссталлизации) воды 
Q4 = cm(t2-t3) t3= - 5 град. , m= 0
,2 кг - количество теплоты, отданное льдом, чтобы понизить свою температуру до - 5 град 
Подставляем и находим, то что нам нужно, т. е. Q1

Answer 2

Для решения данной задачи воспользуемся законом сохранения энергии.

а) Количество теплоты, отданное водой и льдом, равно количеству теплоты, которое потребовалось для охлаждения воды с температуры 20 °C до температуры -5 °C и затем для замораживания ее в лед.

1. Теплота, потребовавшаяся для охлаждения воды с температуры 20 °C до температуры -5 °C: Количество теплоты Q1 = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры Q1 = 200 г × 4.186 Дж/(г °C) × (0 °C - (-5 °C)) = 418.6 Дж

2. Теплота, потребовавшаяся для замораживания воды и превращения ее в лед: Масса льда равна массе воды, т.е. 200 г. Для воды: Q2 = масса × ледовая теплота плавления Q2 = 200 г × 334 Дж/г = 66800 Дж

Общее количество теплоты, отданное водой и льдом: Q_общ = Q1 + Q2 Q_общ = 418.6 Дж + 66800 Дж = 67218.6 Дж

б) Теперь рассмотрим время, затраченное на получение льда.

Дано, что мощность холодильника P = 60 Вт, а количество теплоты, выделившейся при получении льда, составляет 10% от количества энергии, потребленной холодильником.

1. Рассчитаем количество теплоты, потребленное холодильником: Количество энергии W = мощность холодильника × время работы Значение времени работы нам неизвестно, поэтому обозначим его t.

W = 60 Вт × t

2. Найдем количество теплоты, которое составляет 10% от W: Количество теплоты, выделившееся при получении льда = 0.1 × W

3. Теплота, выделенная при получении льда, равна общему количеству теплоты, отданному водой и льдом: 0.1 × W = Q_общ

Теперь мы можем найти время работы холодильника t:

t = Q_общ / (0.1 × P) t = 67218.6 Дж / (0.1 × 60 Вт)

Прежде чем выполнить вычисления, переведем величину мощности в джоули:

1 Вт = 1 Дж/с, так как 1 Дж = 1 Вт × 1 с 60 Вт = 60 Дж/с

Теперь продолжим вычисления:

t = 67218.6 Дж / (0.1 × 60 Дж/с) t = 67218.6 с / 6 Дж/с t ≈ 11203 с

Таким образом, время, затраченное на получение льда, составляет около 11203 секунд или около 3 часов и 6 минут.