Предположим, весь лед растает. На это потребуется 680 кДж. Горячая вода может остыть только до 0, отдав при этом 378 кДж. С учетом потерь - 341 кДж Значит весь лед растопить не удастся. Для нагревания на 5 градусов 2 кг льда нужно 2100*2*5=21 кДж (уд. теплоемкость льда 2100 Дж/(кг*К) ) Вся остальная теплота (341-21=320 кДж) уйдет на плавление части льда. Расплавить мы сумеем 320/340=0.94 кг льда. В результате получим равновесную систему лед+вода при температуре 0 градусов, в которой будет 1,94 кг воды и 1,06 кг льда
Объяснение:
Дано:
m = 5 г = 5·10⁻³ кг
M = 28·10⁻³ кг/моль - молярная масса азота
i = 5 - число степеней свободы молекулярного азота.
t₁ = 20°C; T₁ = 273 + 20 = 293 K
p = 150 000 Па
V₂ = 12 л = 12·10⁻³ м³
Q - ?
A - ?
ΔU - ?
1)
Количество вещества:
ν = m / M = 5/28 ≈ 0,18 моль
2)
По закону Менделеева-Клапейрона:
p·V₂ = ν·R·T₂
Отсюда:
T₂ = p·V₂ / (ν·R) = 150 000·12·10⁻³ / (0,18·8,31) ≈ 1203 К
Тогда:
ΔT = Т₂ - Т₁ = 1203 - 293 = 910 K
3)
Работа газа:
A = ν·R·ΔT = 0,18·8,31·910 ≈ 1360 Дж
4)
Изменение внутренней энергии:
ΔU = (i/2)·ν·R·ΔT = (5/2)·A = 2,5·1360 ≈ 3400 Дж
5)
Количество теплоты:
Q = ΔU + A = 3 400 + 1 360 = 4 760 Дж
На это потребуется 680 кДж.
Горячая вода может остыть только до 0, отдав при этом 378 кДж. С учетом потерь - 341 кДж
Значит весь лед растопить не удастся.
Для нагревания на 5 градусов 2 кг льда нужно 2100*2*5=21 кДж (уд. теплоемкость льда 2100 Дж/(кг*К) )
Вся остальная теплота (341-21=320 кДж) уйдет на плавление части льда.
Расплавить мы сумеем 320/340=0.94 кг льда.
В результате получим равновесную систему лед+вода при температуре 0 градусов, в которой будет 1,94 кг воды и 1,06 кг льда