Question

1. в 10-литровое ведро, наполненное до краев водой с температурой t = 20°С, опускают кусок льда массой т = 2,5 кг при температуре 0°С. Опре-делите, сколько воды и льда будет в ведре после установления теплового рав-новесия. Удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/(кг-°С), удельная теплотаплавления льда = 330 кДж/кг. Плотность воды р= 1000 кг/м.​

Answer 1

Ответ:

сначала нагреваем лед Q=см(t2-t1)=2100×5×10=105000дж

Answer 2

Для решения этой задачи мы можем использовать законы сохранения энергии и массы. При установлении теплового равновесия, количество тепла, переданного от воды к льду, должно быть равным количеству тепла, полученному льдом, чтобы растаять и достичь температуры воды.

Давайте разберемся по шагам:

1. Сначала определим, сколько тепла потребуется, чтобы нагреть лед до температуры 20°C.

Масса льда (m_льда) = 2,5 кг Температура льда (T_льда) = 0°C Температура окружающей среды (T_окр) = 20°C Удельная теплоемкость воды (c) = 4200 Дж/(кг·°C)

Для этого используем формулу:

Q_1 = m_льда * c * (T_окр - T_льда)

Q_1 = 2,5 кг * 4200 Дж/(кг·°C) * (20°C - 0°C) Q_1 = 2,5 кг * 4200 Дж/(кг·°C) * 20°C Q_1 = 2,5 * 4200 * 20 Дж Q_1 = 210000 Дж

2. Теперь определим, сколько тепла потребуется, чтобы нагреть лед до температуры плавления (0°C), а затем растопить его в воду при этой температуре.

Масса льда (m_льда) = 2,5 кг Температура льда (T_льда) = 0°C Температура плавления льда (T_плавл) = 0°C Удельная теплота плавления льда (L) = 330 кДж/кг = 330000 Дж/кг

Для нагрева льда до температуры плавления: Q_2 = m_льда * c * (T_плавл - T_льда) Q_2 = 2,5 кг * 4200 Дж/(кг·°C) * (0°C - 0°C) Q_2 = 0 Дж

Для плавления льда: Q_3 = m_льда * L Q_3 = 2,5 кг * 330000 Дж/кг Q_3 = 825000 Дж

3. Теперь найдем общее количество тепла, которое потребуется.

Q_общее = Q_1 + Q_2 + Q_3 Q_общее = 210000 Дж + 0 Дж + 825000 Дж Q_общее = 1035000 Дж

4. Следующим шагом определим, сколько воды будет охлаждено при передаче этого тепла от воды к льду.

Масса воды (m_воды) = ? Удельная теплоемкость воды (c) = 4200 Дж/(кг·°C) Температура воды (T_воды) = 20°C

Используем формулу:

Q_общее = m_воды * c * (T_воды - T_окр)

Подставляем известные значения:

1035000 Дж = m_воды * 4200 Дж/(кг·°C) * (20°C - 0°C)

Решая уравнение:

m_воды = 1035000 Дж / (4200 Дж/(кг·°C) * 20°C) m_воды = 1035000 Дж / (84000 Дж/кг) m_воды = 12,3125 кг

Теперь мы знаем, что 12,3125 кг воды охладятся до температуры 0°C, и это количество воды также сформирует теперь после растапливания льда.

5. Остаток воды в ведре будет равен исходному количеству воды (10 литров) минус 12,3125 кг (или 12,3125 литра, так как плотность воды равна 1000 кг/м³).

Остаток воды = 10 литров - 12,3125 литра Остаток воды = -2,3125 литра

Отрицательное значение означает, что все вода в ведре была охлаждена и заморожена.