Какое количество брусочков льда объемом 6,4 см3, имеющих температуру −5°С, необходимо бросить в 200 г воды с температурой 25°С, чтобы охладить её до 5°С? Учитывая, что удельная теплоемкость воды составляет 4200 Дж/кг*°С, удельная теплоемкость льда — 2100 Дж/кг*°С, а скрытая теплота плавления льда равна 334 кДж/кг.
Физика 11 класс Теплопередача и теплообмен количество брусочков льда охлаждение воды теплоемкость льда теплоемкость воды скрытая теплота плавления физика 11 класс
Для решения задачи нам нужно рассмотреть, сколько тепла необходимо забрать от воды, чтобы охладить её до нужной температуры, и какое количество тепла получит лед, чтобы сначала нагреться до 0°C, а затем расплавиться и нагреться до 5°C.
1. **Рассчитаем количество тепла, которое необходимо забрать от воды.**
Используем формулу для расчета тепла:
Q = mcΔT
Где:
Масса воды m = 200 г = 0,2 кг.
Удельная теплоемкость воды c = 4200 Дж/(кг*°С).
Начальная температура воды T1 = 25°C, конечная температура T2 = 5°C.
Изменение температуры ΔT = T1 - T2 = 25°C - 5°C = 20°C.
Теперь подставим значения в формулу:
Q_вода = m * c * ΔT = 0,2 * 4200 * 20 = 16800 Дж.
Таким образом, от воды нужно забрать 16800 Дж тепла.
2. **Рассчитаем количество тепла, которое получит лед.**
Лед будет сначала нагреваться от -5°C до 0°C, затем плавиться и, наконец, нагреваться до 5°C. Рассчитаем каждую часть.
А. **Нагрев льда от -5°C до 0°C:**
Q1 = m_лед * c_лед * ΔT_лед
где:
Q1 = m_лед * 2100 * 5 = 10500 * m_лед (где m_лед в кг).
Б. **Скрытая теплота плавления льда:**
Q2 = m_лед * L
где L = 334000 Дж/кг.
Q2 = m_лед * 334000.
В. **Нагрев расплавленного льда от 0°C до 5°C:**
Q3 = m_лед * c_вода * ΔT_вода
где c_вода = 4200 Дж/(кг*°С), ΔT_вода = 5°C.
Q3 = m_лед * 4200 * 5 = 21000 * m_лед.
3. **Суммируем количество теплоты, получаемое льдом:**
Q_лед = Q1 + Q2 + Q3 = (10500 * m_лед) + (334000 * m_лед) + (21000 * m_лед).
Q_лед = m_лед * (10500 + 334000 + 21000) = m_лед * 355500.
4. **Сравниваем количество теплоты:**
Q_вода = Q_лед
16800 = m_лед * 355500.
5. **Находим массу льда:**
m_лед = 16800 / 355500 ≈ 0,0472 кг.
6. **Теперь найдем количество брусочков льда:**
Объем одного брусочка льда V = 6,4 см³ = 6,4 * 10^-6 м³.
Плотность льда ρ ≈ 900 кг/м³.
Масса одного брусочка льда:
m_одного_брусочка = ρ * V = 900 * 6,4 * 10^-6 ≈ 0,00576 кг.
7. **Найдем количество брусочков льда:**
Количество брусочков n = m_лед / m_одного_брусочка.
n = 0,0472 / 0,00576 ≈ 8,2.
Таким образом, нам нужно бросить примерно 9 брусочков льда, чтобы охладить 200 г воды с 25°C до 5°C.