Question

17. Для приготовления кипятка полярник взял лед массой 10 кг при температуре -50℃. Удельная теплоемкость льда равна 2100 Дж/кг·0С, удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг·0С, удельная теплота плавления льда равна 340000 Дж/кг, температура плавления льда 00С, температура кипения воды 100℃. а) Объясните физический смысл удельной теплоемкости льда …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………….[1] b)(i) Запишите формулу и рассчитайте количество теплоты необходимое для нагревания льда до температуры плавления Количество теплоты = ……… Дж [2] (іі) Запишите формулу и рассчитайте количество теплоты, необходимое для плавления льда Количество теплоты = ………….Дж [2] с) Запишите формулу и рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания образовавшейся воды до температуры кипения Количество теплоты = ………….Дж [2] (d) Объясните, почему в процессе плавления температура смеси воды со льдом не изменяется, несмотря на то, что к системе все время подводится энергия. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………….[1 ​

Answer 1

Объяснение:

а) Удельная теплоемкость льда - это количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы льда на 1 градус Цельсия. Эта величина определяет, сколько теплоты необходимо передать льду, чтобы изменить его температуру на определенное количество градусов.

b)(i) Количество теплоты, необходимое для нагревания льда до температуры плавления, рассчитывается по формуле:

Количество теплоты = масса льда x удельная теплоемкость льда x изменение температуры

Количество теплоты = 10 кг x 2100 Дж/кг·°C x (0°C - (-50°C)) = 1 050 000 Дж

(іі) Количество теплоты, необходимое для плавления льда, рассчитывается по формуле:

Количество теплоты = масса льда x удельная теплота плавления льда

Количество теплоты = 10 кг x 340000 Дж/кг = 3 400 000 Дж

с) Количество теплоты, необходимое для нагревания воды до температуры кипения, рассчитывается по формуле:

Количество теплоты = масса воды x удельная теплоемкость воды x изменение температуры

Масса воды можно рассчитать, вычтя массу плавившегося льда из начальной массы льда:

Масса воды = начальная масса льда - масса плавившегося льда = 10 кг - 10 кг = 0 кг

Количество теплоты = 0 кг x 4200 Дж/кг·°C x (100°C - 0°C) = 0 Дж

(d) В процессе плавления льда теплота, подводимая к системе, уходит на превращение льда в воду. Так как вода и лед находятся в тепловом контакте и могут обмениваться теплотой, то температура смеси воды и льда остается неизменной на протяжении всего процесса плавления. При этом вода получает теплоту от смеси воды и льда, а лед получает теплоту от воды, которая его окружает. Когда весь лед расплавится, дальнейшее подводимое к системе тепло начинает нагревать получившуюся воду.

Answer 2

a) Физический смысл удельной теплоемкости льда:

Удельная теплоемкость льда обозначает количество теплоты, которое необходимо передать единичной массе льда для повышения его температуры на 1 градус Цельсия. Другими словами, это количество энергии, необходимое для изменения температуры льда без изменения его фазы (из твердого состояния в твердом состоянии). Удельная теплоемкость льда для данной задачи равна 2100 Дж/кг·°C.

b)(i) Количество теплоты для нагревания льда до температуры плавления:

Формула:

\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]

где: - \( Q \) - количество теплоты, - \( m \) - масса вещества, - \( c \) - удельная теплоемкость, - \( \Delta T \) - изменение температуры.

В данном случае, начальная температура льда (\(T_1\)) равна -50 °C, а температура плавления льда (\(T_2\)) равна 0 °C. Таким образом, изменение температуры (\(\Delta T\)) равно \(T_2 - T_1 = 0 - (-50) = 50\) °C.

\[ Q_1 = 10 \, \text{кг} \cdot 2100 \, \text{Дж/кг·°C} \cdot 50 \, \text{°C} \]

(ii) Количество теплоты для плавления льда:

Для изменения фазы (плавления) формула выглядит как:

\[ Q = m \cdot L_f \]

где: - \( Q \) - количество теплоты, - \( m \) - масса вещества, - \( L_f \) - удельная теплота плавления.

\[ Q_2 = 10 \, \text{кг} \cdot 340000 \, \text{Дж/кг} \]

с) Количество теплоты для нагревания воды до температуры кипения:

Температура кипения воды (\(T_3\)) равна 100 °C. Температура воды после плавления льда равна 0 °C.

\[ Q_3 = 10 \, \text{кг} \cdot 4200 \, \text{Дж/кг·°C} \cdot 100 \, \text{°C} \]

d) Почему температура смеси воды со льдом не изменяется в процессе плавления, несмотря на поступление энергии:

В процессе плавления теплота поступает в систему, но она не приводит к изменению температуры. Энергия уходит на преодоление межмолекулярных сил, которые удерживают молекулы льда в кристаллической структуре. Когда все молекулы льда переходят в жидкую фазу, температура начинает снова повышаться.

Таким образом, во время плавления энергия используется на изменение фазы (из твердого в жидкое состояние), а не на повышение температуры.