В теплоизолированном сосуде находится вода и лед, в который вморожены нить и стальной шарик. Оба конца нити прикреплены

Тема: Теплопередача и изменение агрегатного состояния вещества

Объяснение: В данной задаче исследуется процесс теплообмена между водой, льдом и нагревателем. Когда нагреватель включен, он передает тепло воде и льду. Теплота, поступающая в систему, приводит к тому, что лед начинает таять, а вода нагревается.

Так как шарик и нить прикреплены друг к другу, они перемещаются вместе. Поскольку лед тает и превращается в воду, его плотность становится меньше, чем плотность воды. Поэтому лед всплывает на поверхность. В то же время, вода, разогретая нагревателем, расширяется и становится менее плотной, чем остывающий лед. Это приводит к тому, что шарик вместе с нитью погружается на дно сосуда.

Чтобы определить мощность нагревателя и выбрать соответствующий график изменения температуры, нужно знать теплоту плавления льда, чтобы рассчитать необходимое количество тепла, переданного льду, и время, за которое это произошло. Также нужно учесть, что величина плотности воды и льда изменяется с температурой.

Пример использования: Определите мощность нагревателя, если известно, что вода нагревалась в течение 10 минут, а лед таял в течение 20 минут, при этом изменение температуры на графике показано в соответствующих единицах измерения.

Совет: Чтобы лучше понять процесс теплопередачи и изменение агрегатного состояния вещества, рекомендуется изучить законы сохранения энергии, теплопередачу по конвекции, проводимости и излучению, а также фазовый переход вещества.

Упражнение: На графике показано изменение температуры воды и льда в течение 30 минут. Определите мощность нагревателя и проанализируйте, что происходит с льдом и водой в этом процессе.