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:
Вода нагреется до температуры 12,1875 °С.
Объяснение:
Дано:
m₁ = 0,5 кг
t₁ = 10 °C
m₂ = 1 кг
t₂ = 45 °C
c₁ = 4200 Дж/кг°C
c₂ = 140 Дж/кг°C
Найти: t
Q₁ = Q₂ - уравнение теплового баланса
Q₁ = c₁m₁Δt₁ = c₁m₁(t - t₁) - количество теплоты, которое потребуется на нагрев воды
Q₂ = c₂m₂Δt₂ = c₂m₂(t₂ - t) - количество теплоты, которые выделится при охлаждении свинцовой детали.
c₁m₁(t - t₁) = c₂m₂(t₂ - t)
c₁m₁t - c₁m₁t₁ = c₂m₂t₂ - c₂m₂t
c₁m₁t + c₂m₂t = c₂m₂t₂ + c₁m₁t₁
t(c₁m₁ + c₂m₂) = c₂m₂t₂ + c₁m₁t₁
t = (c₂m₂t₂ + c₁m₁t₁) / (c₁m₁ + c₂m₂)
[t] = (Дж/кг°С * кг * °С + Дж/кг°С * кг * °С) / (Дж/кг°С * кг + Дж/кг°С * кг) = °С
t = (140 * 1 * 45 + 4200 * 0,5 * 10) / (4200 * 0,5 + 140 * 1) = 12,1875 °С
ответ: t = 12,1875 °С
Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁:
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 :
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:
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂
Теперь из 4 выражаем m₂:
Подставляя в (5) числовые значения, получаем:
ответ: Исходная масса льда 0,201 кг=201 г.