Расплавление льда в калориметре
Сколько кубиков N полностью расплавятся, если в калориметр с содержимым 1 кг воды температурой 18 С последовательно
Сколько кубиков N полностью расплавятся, если в калориметр с содержимым 1 кг воды температурой 18 С последовательно опускают 50 кубиков льда весом 5 г каждый, при начальной температуре 0 С? Предполагая, что после опускания каждого кубика в калориметре устанавливается тепловое равновесие и вода не выливается, определите это количество. Удельная теплоемкость воды составляет 4.2 кДж/(кг- С), а удельная теплота плавления льда равна 340 кДж/кг. Предположим, что калориметр и теплообмен с окружающей средой не учитываются.
28.11.2023 12:30
Написать свой ответ:
Описание: Перед нами задача, связанная с расчетом количества полностью расплавленных кубиков льда в калориметре. Для решения этой задачи мы можем использовать закон сохранения теплоты. Сначала найдем количество теплоты, необходимое для нагревания воды в калориметре с температурой 18°C до температуры плавления льда (0°C). Затем найдем количество теплоты, выделяемое льдом при его полном плавлении.
Для расчета количества теплоты, необходимой для нагревания воды, воспользуемся формулой:
Q1 = m * c * ΔT,
где Q1 - количество теплоты, m - масса воды, c - удельная теплоемкость воды, ΔT - изменение температуры.
В задаче указано, что масса воды равна 1 кг, удельная теплоемкость воды равна 4.2 кДж/(кг·°C), а изменение температуры равно 18°C - 0°C = 18°C.
Q1 = 1 кг * 4.2 кДж/(кг·°C) * 18°C = 75.6 кДж.
Теперь найдем количество теплоты, выделяемое при полном плавлении льда:
Q2 = m * L,
где Q2 - количество теплоты, L - удельная теплота плавления льда.
В задаче указано, что масса каждого кубика льда равна 5 г, а удельная теплота плавления льда равна 340 кДж/кг.
Q2 = 50 кубиков * 5 г/cубик * 0.001 кг/г * 340 кДж/кг = 8.5 кДж.
Наконец, найдем количество полностью расплавленных кубиков льда, выразив его через найденные теплоты:
N = Q2 / (Q1 + Q2) = 8.5 кДж / (75.6 кДж + 8.5 кДж) ≈ 0.101.
Ответ: Примерно 0.101 кубика льда полностью расплавятся.
Совет: Чтобы лучше понять задачу о расплавлении льда в калориметре, важно знать определение удельной теплоемкости воды и удельной теплоты плавления льда. Удельная теплоемкость воды - это количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы воды на 1 градус Цельсия. Удельная теплота плавления льда - это количество теплоты, необходимое для плавления единицы массы льда без изменения температуры. Также важно помнить, что при опускании каждого кубика льда в калориметр происходит установление теплового равновесия.
Задача на проверку:
В калориметре находится 500 г воды. На какую температуру нужно нагреть воду, чтобы полностью растопить 10 кубиков льда массой 20 г каждый? Удельная теплоемкость воды равна 4.2 кДж/(кг·°C), а удельная теплота плавления льда - 340 кДж/кг. Ответ округлите до целого числа.