2. Какое количество теплоты было передано водой и льдом в холодильнике, где температура воды составляла 20 °C

Содержание вопроса: Теплообмен и закон сохранения энергии

Описание:
Для решения этой задачи мы можем использовать закон сохранения энергии. Закон сохранения энергии утверждает, что полная энергия замкнутой системы остается неизменной. В нашем случае, энергия будет передаваться от воды к льду до того момента, когда лед полностью образуется.

Первым шагом нам нужно вычислить количество теплоты, переданное водой. Для этого мы можем использовать формулу:

Q = mcΔT,

где Q - количество теплоты, m - масса вещества, c - теплоемкость вещества, ΔT - изменение температуры.

Для воды:
m = масса воды = 200 г,
c = теплоемкость воды = 4.18 Дж/(г °C),
ΔT = изменение температуры = 20 °C - (-5 °C) = 25 °C.

Подставляем значения в формулу:

Q_вода = (200 г) * (4.18 Дж/(г °C)) * (25 °C) = 20 900 Дж.

Затем мы можем вычислить количество теплоты, переданное льдом. Масса исходного льда равна массе образовавшегося льда.

Для льда:
m_льда = масса льда = 200 г.

Q_льда = m_льда * L,
где L - теплота плавления льда, равная 334 Дж/г.

Подставляем значения:

Q_льда = (200 г) * (334 Дж/г) = 66 800 Дж.

Теперь мы можем найти полное количество переданной теплоты:

Q_полное = Q_вода + Q_льда = 20 900 Дж + 66 800 Дж = 87 700 Дж.

Далее, чтобы найти время, затраченное на образование льда, мы можем использовать следующую формулу:

W = Pt,
где W - энергия, равная 10% от потребляемой холодильником, P - мощность холодильника, равная 60 Вт, t - время.

Выразим t:

t = W/P = (0.1 * 87 700 Дж) / 60 Вт = 14 616.67 секунд.

Рекомендация:
Для лучшего понимания этой темы, рекомендуется ознакомиться с законом сохранения энергии и формулами, связанными с теплообменом и теплоемкостью веществ.

Дополнительное упражнение:
Какое количество теплоты будет передано воде подогревателем, если вода массой 2 кг нагрелась на 40 °C?