Какая будет температура (в градусах Цельсия) в калориметре после смешения льда и воды? Какова будет масса льда

Тема занятия: Тепловой перенос и состояния вещества

Объяснение: При смешении льда и воды происходит перенос тепла от области с более высокой температурой к области с более низкой температурой до достижения теплового равновесия. Для решения этой задачи мы можем использовать формулу для теплового переноса:

Q = m1 * c1 * (t - t1) + m2 * c2 * (t - t2)

где Q - тепловой поток, m - масса вещества, c - удельная теплоемкость, t - конечная температура, t1 и t2 - начальные температуры льда и воды соответственно.

Так как мы ищем температуру и массу льда после достижения теплового равновесия, то у нас есть два уравнения:

1) Q = 0 (тепловой поток равен нулю в тепловом равновесии)
2) m = m1 + m2 (общая масса вещества в калориметре)

Зная эти формулы, мы можем решить задачу.

Пример: Предположим, что у нас есть 100 г льда при температуре -10 °С и 200 г воды при температуре 20 °С. Какая будет температура в калориметре после достижения теплового равновесия и какова будет масса льда в калориметре?

Решение:
Масса льда: m1 = 100 г
Масса воды: m2 = 200 г
Температура льда: t1 = -10 °С
Температура воды: t2 = 20 °С
Удельная теплоемкость льда: c1 = 2100 Дж/(кг·°С)
Удельная теплоемкость воды: c2 = 4200 Дж/(кг·°С)

Используя формулы: Q = m1 * c1 * (t - t1) + m2 * c2 * (t - t2) и m = m1 + m2

1) Подставим значения в формулу теплового потока:
0 = 100 г * 2100 Дж/(кг·°С) * (t - (-10 °С)) + 200 г * 4200 Дж/(кг·°С) * (t - 20 °С)

2) Решим уравнение и найдем температуру:
0 = 210000 t + 2100000 + 840000 t - 16800000
1050000 t = 14700000
t ≈ 14 °С

3) Найдем массу льда в калориметре:
m = m1 + m2 = 100 г + 200 г = 300 г

Совет: При решении задач по теплообмену и состояниям вещества важно внимательно следить за знаками и единицами измерения. Также рекомендуется внимательно читать условие задачи и обращать внимание на ключевые слова, которые могут подсказать, какие формулы и концепции необходимо применить.

Практика: В калориметре находится 250 г льда при температуре -5 °С. Какая будет температура в калориметре после достижения теплового равновесия и какова будет масса льда в калориметре? Дано: удельная теплоемкость воды - 4200 Дж/(кг·°С), удельная теплоемкость льда - 2100 Дж/(кг·°С), удельная теплота плавления льда - 340 кДж/кг. Ответ округлите до целых значений.