Question

В теплоизорилованный сосуд, в котором находится 1кг лыда при температуре -20°C, налили 0,2 кг воды при температуре 10°C. Определите массу льда после установления теплового равновесия. Теплоемкостью сосуда и потерями тепла пренебречь​

Answer 1

Ответ:

1,1 кл льда

Объяснение:

Для решения применяем условие теплового баланса.

См. фото.

Answer 2

Для решения этой задачи нам нужно использовать закон сохранения энергии. Мы знаем, что тепло переходит от более теплого объекта к менее теплому объекту до тех пор, пока не установится тепловой равновесия.

Для начала определим, сколько тепла будет передано от воды к льду и наоборот.

Для воды используем уравнение:

Q_воды = m_воды * c_воды * ΔT_воды

где: Q_воды - тепло, переданное от воды к льду (в Джоулях), m_воды - масса воды (0.2 кг), c_воды - удельная теплоемкость воды (приближенно 4,186 Дж/г°C), ΔT_воды - изменение температуры воды.

ΔT_воды = конечная температура - начальная температура = 0°C - 10°C = -10°C = -10 K

Теперь вычислим тепло, переданное от воды к льду:

Q_воды = 0.2 кг * 4,186 Дж/г°C * (-10 K) = -837,2 Дж

Тепло будет передано от воды к льду, поэтому оно будет выражено отрицательным числом.

Теперь рассмотрим лед. Мы знаем, что лед при температуре -20°C начнет поглощать тепло от воды и начнет плавиться. Давайте найдем количество тепла, необходимого для плавления 1 кг льда:

Q_льду = m_льда * L_плавления

где: Q_льду - тепло, необходимое для плавления льда (в Джоулях), m_льда - масса льда (1 кг), L_плавления - удельное тепло плавления для льда (приближенно 333,55 Дж/г).

Теперь вычислим это тепло:

Q_льду = 1 кг * 333,55 Дж/г = 333,55 кДж

Теперь у нас есть две энергии: тепло, переданное от воды к льду, и тепло, необходимое для плавления льда.

Согласно закону сохранения энергии, эти две энергии должны быть равны:

Q_воды = Q_льду

-837,2 Дж = 333,55 кДж

Теперь, чтобы найти массу льда после установления теплового равновесия, мы можем использовать уравнение:

Q_льду = m_льда * c_льда * ΔT_льда

где: c_льда - удельная теплоемкость льда (приближенно 2,093 Дж/г°C), ΔT_льда - изменение температуры льда.

Для нашего случая ΔT_льда = 0, так как лед находится при 0°C.

Теперь мы можем выразить массу льда:

m_льда = Q_льду / (c_льда * ΔT_льда)

m_льда = 333,55 кДж / (2,093 Дж/г°C * 0 K) = бесконечность

Это означает, что весь лед плавится, и после установления теплового равновесия в сосуде не останется льда.