Удастся ли полностью растопить весь лед, если в алюминиевый калориметр массой 30 г помещаете 150 г льда, имеющего

Содержание вопроса: Термодинамика и тепловой баланс

Пояснение: Для решения этой задачи мы будем использовать закон сохранения энергии и уравнение теплового баланса.

Сначала найдем количество тепла, переданного от воды к льду. Для этого воспользуемся формулой:

Q = m * c * ΔT,

где Q - количество тепла, m - масса вещества, c - удельная теплоемкость вещества, ΔT - изменение температуры.

Подставляя значения, получим:

Qводы = 100 г * 4.18 Дж/г°C * (0°C - 24°C) = -100 г * 4.18 Дж/г°C * (-24°C) = 9996 Дж.

Минус перед результатом означает, что количество тепла передается от воды к льду.

Затем найдем количество тепла, необходимое для полного растапливания льда. Для этого воспользуемся формулой:

Qлатента = m * L,

где Qлатента - количество тепла, необходимое для изменения фазы вещества, m - масса вещества, L - удельная теплота плавления.

Подставляя значения, получим:

Qлатента = 150 г * 334 Дж/г = 50100 Дж.

Теперь суммируем количество тепла, переданного от воды к льду и количество тепла, необходимое для растапливания льда:

Qобщее = Qводы + Qлатента = 9996 Дж + 50100 Дж = 60096 Дж.

Для определения конечной температуры используем формулу теплового баланса:

Qобщее = m * c * ΔT,

где Qобщее - общее количество тепла, m - масса вещества, c - удельная теплоемкость вещества, ΔT - изменение температуры.

Учитывая, что в систему входит вода массой 100 г, лед массой 150 г и калориметр массой 30 г (в итоге 280 г), и начальная температура 24°C, конечная температура (ΔT) можно найти:

60096 Дж = 280 г * 4.18 Дж/г°C * (ΔT - 24°C).

Решая это уравнение, найдем:

ΔT - 24°C = 60096 Дж / (280 г * 4.18 Дж/г°C) ≈ 65.211°C.

Таким образом, конечная температура будет примерно равна 65.211°C.

Совет: Чтобы лучше понять тепловой баланс и решать подобные задачи, рекомендуется изучить удельные теплоемкости и удельные теплоты плавления различных веществ, а также основные формулы и законы термодинамики.

Задача на проверку: В калориметре массой 40 г находится 100 г воды при температуре 20°C. Если добавить к системе 50 г льда при температуре -10°C, какая будет конечная температура в системе, если пренебречь теплообменом с окружающей средой?