Как можно вычислить объем воды, образовавшейся в калориметре, если в 448 г снега при температуре 0 °C был помещен железный шар массой 189 г с температурой 75 °C? Удельная теплота плавления снега равна 3,4 ⋅ 10^5 Дж/кг, а удельная теплоёмкость железа составляет 460 Дж/кг⋅°C.

Физика 11 класс Теплообмен и калориметрия вычислить объем воды калориметр снег железный шар удельная теплота плавления удельная теплоёмкость физика 11 класс теплообмен температура масса расчет Новый

Для решения этой задачи нам нужно использовать закон сохранения энергии. В данном случае, тепло, которое теряет железный шар, будет равно теплу, которое получает снег, чтобы расплавиться и превратиться в воду. Давайте разберем шаги решения:

1. Определим тепло, которое теряет железный шар:

   Тепло, теряемое железом (Q_железо), можно вычислить по формуле:

   Q_железо = m_железо * c_железо * (T_нач - T_кон)

   • m_железо = 0,189 кг (масса железного шара)
   • c_железо = 460 Дж/кг·°C (удельная теплоёмкость железа)
   • T_нач = 75 °C (начальная температура железного шара)
   • T_кон = 0 °C (конечная температура, до которой будет охлажден шар)

   Подставляем значения:

   Q_железо = 0,189 * 460 * (75 - 0) = 0,189 * 460 * 75

   Q_железо = 0,189 * 34500 = 6515,5 Дж

2. Определим тепло, необходимое для плавления снега:

   Тепло, необходимое для плавления снега (Q_снег), можно вычислить по формуле:

   Q_снег = m_снег * L

   • m_снег = 0,448 кг (масса снега)
   • L = 3,4 * 10^5 Дж/кг (удельная теплота плавления снега)

   Подставляем значения:

   Q_снег = 0,448 * 3,4 * 10^5 = 0,448 * 340000 = 152320 Дж

3. Сравниваем тепло, теряемое железом, и тепло, необходимое для плавления снега:

   Теперь мы сравниваем Q_железо и Q_снег:

   Q_железо = 6515,5 Дж

   Q_снег = 152320 Дж

   Поскольку Q_железо < Q_снег, это значит, что не весь снег расплавится, и часть останется в твердом состоянии.

4. Вычисляем, сколько снега расплавится:

   Для этого используем тепло, которое теряет железный шар:

   m_расплавившегося_снега = Q_железо / L

   m_расплавившегося_снега = 6515,5 / (3,4 * 10^5)

   m_расплавившегося_снега ≈ 0,0192 кг

5. Определяем объем воды, образовавшейся из расплавившегося снега:

   Объем воды (V) можно найти по формуле:

   V = m_воды / ρ

   • m_воды = 0,0192 кг (масса расплавившегося снега)
   • ρ = 1000 кг/м³ (плотность воды)

   Подставляем значения:

   V = 0,0192 / 1000 = 0,0000192 м³ = 0,0192 л

Таким образом, объем воды, образовавшейся в калориметре, составляет примерно 0,0192 литра.