Какая будет масса льда в граммах в калориметре после того, как будет достигнуто тепловое равновесие, если вода массой

Тема: Тепловое равновесие в калориметре

Описание:
Когда вода и лед находятся в калориметре, они начинают обмениваться теплом, пока не достигнут теплового равновесия. Чтобы решить данную задачу, нужно найти количество теплоты, переданной от воды к льду, и затем использовать эту информацию для определения массы льда в калориметре. Процесс можно разделить на два этапа: нагревание воды и охлаждение льда до температуры равновесия.

1. Нагревание воды:
- Используем формулу теплоты Q = m * c * ΔT, где Q - количество теплоты, m - масса вещества, c - удельная теплоемкость, ΔT - изменение температуры.
- В данном случае масса воды m_воды равна 2 кг, удельная теплоемкость c_воды равна 4200 Дж/(кг · °C), а изменение температуры ΔT равно 0 °C - (-55 °C), то есть 55 °C.
- Подставляем значения в формулу: Q_воды = m_воды * c_воды * ΔT.
- Рассчитываем: Q_воды = 2 * 4200 * 55 = 462 000 Дж.

2. Охлаждение льда:
- Используем формулу теплоты для изменения фазы Q = m * L, где Q - количество теплоты, m - масса вещества, L - удельная теплота плавления.
- В данном случае масса льда m_льда равна 300 г, а удельная теплота плавления L_льда равна 330 кДж/кг. Переведем массу льда в килограммы: m_льда = 0.3 кг.
- Подставляем значения в формулу: Q_льда = m_льда * L_льда.
- Рассчитываем: Q_льда = 0.3 * 330 = 99 кДж.

3. Общая теплота:
- В тепловом равновесии количество теплоты, переданное от воды к льду, равно количеству теплоты, полученному льдом.
- Общая теплота Q_общая равна сумме теплоты воды и теплоты льда: Q_общая = Q_воды = Q_льда.
- Подставляем значения: 462 000 Дж = 99 кДж.

4. Определение массы льда в калориметре:
- Используем формулу массы m = Q / L, где m - масса вещества, Q - количество теплоты, L - удельная теплота плавления.
- В данном случае нам нужно найти массу льда в калориметре m_льда_калориметр.
- Подставляем значения в формулу: m_льда_калориметр = Q_льда / L_льда.
- Рассчитываем: m_льда_калориметр = 99 кДж / 330 кДж/кг = 0.3 кг.

Таким образом, масса льда в калориметре после достижения теплового равновесия составит 0.3 кг (или 300 г).

Совет: При решении таких задач важно обратить внимание на единицы измерения и тщательно работать с ними, переводя их при необходимости. Также полезно запомнить основные формулы, связанные с тепловым равновесием и сменой фазы вещества.

Задание:
В калориметр бросили 200 г льда при температуре -10 °C. Масса воды в калориметре составляет 1 кг. Найдите массу льда в калориметре после достижения теплового равновесия, если известно, что теплоемкость воды равна 4200 Дж/(кг · °С), а теплота плавления льда - 330 кДж/кг.