Итак, что у нас происходит. Кусок льда, оказавшись в воде, сначала нагревается до температуры плавления, затем тает. При этом вода в сосуде охлаждается. Коль лед не весь растаял, есть основания полагать, что процесс завершился при температуре 0° С. Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁: (1) Тут: с₁ - удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К) m₁ - масса воды 1 кг (1л - 1кг) T₀ - начальная температура воды 10°С T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
Лед принял количество теплоты Q₂ : (2) Где: с₂ - удельная теплоемкость льда 2060 Дж/(кг·К) m₂ - начальная масса льда T₂ - начальная температура льда -20°С T₁ - конечная температура воды и льда 0°С m₃ - масса растаявшего льда. λ - удельная теплота плавления льда 334*10³ Дж/кг При этом: кг (3)
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂ (4) Теперь из 4 выражаем m₂:
Дано:
m = 3 килограмма - масса водяного пара;
T = 100 градусов Цельсия - температура водяного пара;
q = 2,3 * 106 Джоуль/килограмм - удельная теплота парообразования воды;
T1 = 50 градусов Цельсия - температура воды после охлаждения;
c = 4200 Джоуль/(кг*С) - удельная теплоемкость воды.
Требуется определить Q (Джоуль) - какая энергия выделится после конденсации пара и охлаждения воды.
При конденсации пара выделится энергия, равная:
Q1 = q * m = 2,3 * 106 * 3 = 6,9 * 106 Джоулей.
При охлаждении полученной воды выделится энергия, равная:
Q2 = c * m * (T - T1) = 4200 * 3 * (100 - 50) = 4200 * 3 * 50 = 630000 Джоулей = 0,63 * 106 Джоулей.
Всего выделится энергии:
Q = Q1 + Q2 = 6,9 * 106 + 0,63 * 106 = 7,53 * 106 Джоулей.
ответ: выделится энергия, равная 7,53 * 106 Джоулей = 7,5 МДж.
Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁:
(1)
Тут:
с₁ - удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К)
m₁ - масса воды 1 кг (1л - 1кг)
T₀ - начальная температура воды 10°С
T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
Лед принял количество теплоты Q₂ :
(2)
Где:
с₂ - удельная теплоемкость льда 2060 Дж/(кг·К)
m₂ - начальная масса льда
T₂ - начальная температура льда -20°С
T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
m₃ - масса растаявшего льда.
λ - удельная теплота плавления льда 334*10³ Дж/кг
При этом:
кг (3)
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂
(4)
Теперь из 4 выражаем m₂:
(5)
Подставляя в (5) числовые значения, получаем:
кг
ответ: Исходная масса льда 0,201 кг=201 г.