Какое количество теплоты было отдано водой и льдом, если в холодильнике из воды с температурой 20 °С был получен лед массой 200 г при температуре -5 °C? Сколько времени затрачено на получение льда, если мощность холодильника 60 Вт, а количество теплоты, выделившейся при получении льда, составляет 10% от количества энергии, потребленной холодильником?

Физика 11 класс Теплота и теплообмен Количество теплоты вода лёд температура масса холодильник мощность время Энергия физика 11 класс Новый

Для решения этой задачи необходимо рассмотреть несколько этапов, связанных с изменением состояния воды и льда, а также с охлаждением. Давайте разберем шаги по порядку.

Шаг 1: Определение количества теплоты, отданного водой.

Сначала нам нужно рассчитать количество теплоты, которое будет отдано водой при охлаждении от 20 °C до 0 °C, а затем при переходе в лед. После этого мы учтем охлаждение льда от 0 °C до -5 °C.

• 1.1. Определим количество теплоты, отданное водой при охлаждении от 20 °C до 0 °C. Используем формулу:
• Q1 = m * c * ΔT,
• где:
• m = 200 г = 0.2 кг (масса воды),
• c = 4200 Дж/(кг*°C) (удельная теплоемкость воды),
• ΔT = 20 °C - 0 °C = 20 °C (изменение температуры).
• Подставляем значения: Q1 = 0.2 * 4200 * 20 = 16800 Дж.

• 1.2. Теперь рассчитываем количество теплоты, отданное при переходе воды в лед:
• Q2 = m * L,
• где L = 334000 Дж/кг (удельная теплота плавления льда).
• Подставляем значения: Q2 = 0.2 * 334000 = 66800 Дж.

• 1.3. Далее, определяем количество теплоты, отданное льдом при охлаждении от 0 °C до -5 °C:
• Q3 = m * c_лед * ΔT,
• где c_лед = 2100 Дж/(кг*°C) (удельная теплоемкость льда),
• ΔT = 0 °C - (-5 °C) = 5 °C.
• Подставляем значения: Q3 = 0.2 * 2100 * 5 = 2100 Дж.

Шаг 2: Подсчет общего количества теплоты.

Теперь мы можем сложить все найденные количества теплоты:

• Q_total = Q1 + Q2 + Q3 = 16800 + 66800 + 2100 = 85900 Дж.

Шаг 3: Определение времени, затраченного на получение льда.

Мы знаем мощность холодильника и что количество теплоты, выделившейся при получении льда, составляет 10% от количества энергии, потребленной холодильником.

• 3.1. Определяем количество теплоты, выделившейся при получении льда:
• Q_выделившееся = 0.1 * E,
• где E - это общее количество энергии, потребленной холодильником.

• 3.2. Поскольку мощность P = E / t, где t - время, можем выразить E как E = P * t.
• Подставляем в уравнение: Q_выделившееся = 0.1 * P * t.

• 3.3. Мы знаем, что Q_выделившееся равно Q_total, то есть 85900 Дж:
• 85900 = 0.1 * 60 * t.

• 3.4. Теперь решим это уравнение для t:
• t = 85900 / (0.1 * 60) = 85900 / 6 = 14316.67 секунд.

Ответ:

Количество теплоты, отданное водой и льдом, составляет 85900 Дж, а время, затраченное на получение льда, составляет примерно 14317 секунд или около 4 часов.