Какая часть воды в пробирке замерзнет, если ее температура снижается до -7 °C и пробирку встряхнуть? Не учитывая

Содержание: Замерзание воды и тепловая обработка

Описание:
Когда температура воды понижается до точки замерзания и пробирку встряхивают, некоторая часть воды замерзнет. Чтобы определить, какая часть воды замерзнет, мы должны учесть количество теплоты, которое необходимо вывести из воды, чтобы она замерзла.

Сначала определим количество теплоты, которое нужно извлечь из единичной массы воды, чтобы она замерзла. Это можно сделать, умножив удельную теплоту плавления льда (340 кДж/кг) на массу единичной массы воды. Получим:

Q = А * m,

где Q - количество теплоты, А - удельная теплота плавления льда, m - масса единичной массы воды.

Затем определим количество теплоты, которое способна поглотить единичная масса воды при снижении ее температуры до -7 °C. Это можно сделать, умножив удельную теплоемкость воды (4,2 кДж/(кг·С)) на изменение температуры. Получим:

Q" = c * ΔT,

где Q" - количество теплоты, c - удельная теплоемкость воды, ΔT - изменение температуры.

Теперь можно определить, какая часть воды замерзнет. Общее количество теплоты, которое способна поглотить единичная масса воды, равно Q + Q". Таким образом, доля воды, которая замерзнет, равна:

Доля = Q / (Q + Q").

Демонстрация:
Пусть масса единичной массы воды равна 1 кг. Тогда:

Q = 340 кДж/кг * 1 кг = 340 кДж,
Q" = 4,2 кДж/(кг·С) * (0 °C - (-7 °C)) = 29,4 кДж,
Доля = 340 кДж / (340 кДж + 29,4 кДж) ≈ 0,92 (или 92%).

Таким образом, около 92% воды замерзнет при условиях задачи.

Совет: Чтобы лучше понять эту тему, рекомендуется ознакомиться с принципами тепловой обработки и теплообмена, а также изучить свойства вещества при переходе из одной фазы в другую.

Упражнение:
Масса единичной массы воды равна 0,5 кг. Определите, какую часть воды замерзнет при условиях задачи.