Какова масса куска льда после установления теплового равновесия, если втеплоизолированном закрытом сосуде находятся

Тема: Расчет теплового равновесия в системе с водой и льдом

Разъяснение:
Для решения данной задачи по тепловому равновесию необходимо учесть потерю тепла от воды, которая приводит к образованию льда, и вычислить массу образовавшегося льда.

Сначала переведем температуру из градусов Цельсия (°C) в Кельвины (К). Для этого необходимо добавить 273 к значению температуры. Температура 70°C равна 70 + 273 = 343 К.

Далее вычислим количество тепла, которое перешло от воды к льду. При изменении фазы вещества (плавление или конденсация) теплообмен происходит по формуле Q = m * L, где Q - количество тепла, m - масса вещества, L - удельная теплота плавления или парообразования.

Количество тепла, переданное от воды к льду, равно:
Qвода = mвода * cвода * (Tравновесия - Тводы),
где mвода - масса воды, cвода - удельная теплоемкость воды, Травновесия - температура теплового равновесия.

Количество тепла, переданное от пара к льду, равно:
Qпара = mпара * Lпара,
где mпара - масса пара, Lпара - удельная теплота парообразования.

Тепло, полученное льдом, равно:
Qльда = mльда * Lплавления,
где mльда - масса льда, Lплавления - удельная теплота плавления льда.

Так как тепловое равновесие наступает, то количество тепла, которое перешло от воды к льду, должно быть равно количеству тепла, полученному льдом:
Qвода + Qпара = Qльда.

Далее подставляем известные значения и решаем уравнение относительно mльда для определения массы льда.

Пример использования:
Задача: Какова масса куска льда после установления теплового равновесия, если втеплоизолированном закрытом сосуде находятся 2 кг воды и 200 г насыщенного водяного пара при температуре 100°C, а температура воды в сосуде стала равной 70°C?

Решение:
1. Переведем температуру из °C в К: 70°C + 273 = 343 K.
2. Рассчитаем количество тепла, переданного от воды к льду:
Qвода = mвода * cвода * (Tравновесия - Тводы) = 2 кг * 4200 Дж/(кг·К) * (343 K - 70 K).
3. Рассчитаем количество тепла, переданного от пара к льду:
Qпара = mпара * Lпара = 0.2 кг * 2.3 × 10^6 Дж/кг.
4. Рассчитаем количество тепла, полученное льдом:
Qльда = mльда * Lплавления = mльда * 3.3 × 10^5 Дж/кг.
5. Приравниваем количество тепла, переданного от воды к льду, и количество тепла, полученное льдом: Qвода + Qпара = Qльда.
6. Решаем уравнение относительно mльда, чтобы найти массу льда.

Совет:
Для более легкого понимания задачи, рекомендуется разложить решение на несколько шагов и внимательно следовать данным условиям. Также стоит проверить правильность перевода единиц измерения и учесть все известные удельные теплоты и удельную теплоемкость в процессе решения.

Задание для закрепления:
У вас есть 300 г воды при температуре 90°C. Какова масса образовавшегося льда после установления теплового равновесия, если температура воды в сосуде стала равной 0°C? Удельная теплота парообразования воды равна 2,3 × 10^6 дж/кг, удельная теплота плавления льда равна 3,3 × 10^5 дж/кг, а удельная теплоёмкость воды равна 4200 дж/(кг·К).