Какая температура достигнет вода в калориметре после внесения 500-граммового куска льда с температурой —5

Тема: Тепловой баланс в калориметре

Описание: Для решения этой задачи нам понадобится использовать законы сохранения энергии и теплоты. Когда лед добавляется в воду, происходит теплообмен между льдом и водой до достижения теплового равновесия. Присутствующая у нас система - это калориметр, в котором происходит смешение воды и льда. Тепло, отданное льду, будет равно теплу, поглощенному водой.

Сначала посчитаем количество теплоты, поглощаемое водой. Используем формулу:
`Q_воды = m_воды * c_воды * ΔT_воды`, где
`m_воды` - масса воды,
`c_воды` - удельная теплоемкость воды,
`ΔT_воды` - изменение температуры воды.

Далее рассчитаем количество теплоты, передаваемое льду. Используем формулу:
`Q_льда = m_льда * L_лед`, где
`m_льда` - масса льда,
`L_лед` - удельная теплота плавления льда.

Затем найдем массу воды, которая будет переработана в лед, по формуле:
`m_ликвид = m_воды * ΔT_воды / ΔT_льда`, где
`ΔT_льда` - изменение температуры льда при плавлении.

И, наконец, найдем итоговую температуру смеси:
`T_итог = (m_воды * T_воды + m_ликвид * T_льда) / (m_воды + m_ликвид)`, где
`T_воды` - начальная температура воды,
`T_льда` - начальная температура льда.

Пример использования:
В данном случае:
`m_воды = 2 кг` (2000 г),
`c_воды = 4.18 Дж/(г·°C)`,
`ΔT_воды = T_итог - T_воды`,
`m_льда = 500 г`,
`L_лед = 334 Дж/г`,
`ΔT_льда = 0 °C - (-5 °C)`.

Расчеты:
1. Вычисляем количество теплоты, поглощаемое водой:
`Q_воды = 2000 г * 4.18 Дж/(г·°C) * (T_итог - 25 °C)`.
2. Вычисляем количество теплоты, передаваемое льду:
`Q_льда = 500 г * 334 Дж/г`.
3. Находим массу воды, которая переработается в лед:
`m_ликвид = 2000 г * (T_итог - 25 °C) / (0 °C - (-5 °C))`.
4. Вычисляем итоговую температуру:
`T_итог = (2000 г * 25 °C + m_ликвид * 0 °C) / (2000 г + m_ликвид)`.

Совет: Удостоверьтесь, что вы используете правильные значения удельной теплоемкости воды и удельной теплоты плавления льда. Также не забудьте правильно учесть знаки температуры, чтобы ΔT_лада было положительным числом.

Упражнение: Задача: В калориметре находится 1 кг воды при температуре 40 °C. В него добавляют 250 г льда, имеющего начальную температуру -20 °C. Какая будет итоговая температура смеси? Удельная теплоемкость воды равна 4.18 Дж/(г·°C), а удельная теплота плавления льда - 334 Дж/г.