Question

в калориметр удельная теплоемкость которого пренебрежимо мала налили 200 г воды при температуре +5 С и положили туда 100 г льда при температуре -5 C. Что будет находиться в калориметре после установления в нем теплового равновесия?а) вода при температуре выше 0. б) вода при температуре 0. в) лед при температуре 0. г) смесь воды и льда при температуре 0.

Answer 1

Q1=c(вода)m(вода)T(вода)=4200*0,2*5=4200(Дж)
Q2=c(лед)m(лед)T(лед)=2100*0,1*5=1050(Дж)
Q3=Q2+h(лед)m(лед)=1050+334000*0,1=34450(Дж)
Вода выделит большее количество теплоты чем нужно льду для нагревания до температуры плавления, но меньше, чем нужно льду для самого плавления. Поэтому в итоге окажется в стакане смесь воды и льда при температуре 0
Ответ: смесь воды и льда при температуре 0

Answer 2

Для решения задачи о теплообмене в калориметре, воспользуемся законом сохранения энергии. Когда система достигнет теплового равновесия, тепло, потерянное одним компонентом, будет равно теплу, полученному другим компонентом.

Пусть \(m_1\) - масса воды, \(m_2\) - масса льда, \(c_1\) - удельная теплоемкость воды, \(c_2\) - удельная теплоемкость льда, \(T_1\) - температура воды, \(T_2\) - температура льда.

Тепло, полученное водой, равно теплу, потерянному льдом:

\[m_1 c_1 \Delta T_1 = -m_2 c_2 \Delta T_2\]

где \(\Delta T_1\) и \(\Delta T_2\) - изменение температуры воды и льда соответственно.

Исходные данные:

\[m_1 = 200 \ \text{г}, \quad T_1 = 5 \ ^\circ \text{C}, \quad c_1 = 4.186 \ \text{Дж/г} \ ^\circ \text{C}\] \[m_2 = 100 \ \text{г}, \quad T_2 = -5 \ ^\circ \text{C}, \quad c_2 = 2.09 \ \text{Дж/г} \ ^\circ \text{C}\]

Подставим значения и решим уравнение:

\[200 \cdot 4.186 \cdot (T_f - 5) = -100 \cdot 2.09 \cdot (T_f - (-5))\]

где \(T_f\) - температура финального состояния (после установления теплового равновесия).

Решив это уравнение, найдем \(T_f\), и температура финального состояния даст нам ответ на вопрос.

После решения уравнения можно получить:

\[T_f \approx -2.5 \ ^\circ \text{C}\]

Таким образом, после установления теплового равновесия в калориметре будет находиться смесь воды и льда при температуре около -2.5 \ ^\circ \text{C}. Ответ: г) смесь воды и льда при температуре 0.