Какое общее изменение энтропии происходит при плавлении льда массой m = 0,1 кг при температуре 0°С и последующем нагреве полученной воды до 50°С, если удельная теплота плавления льда λ = 3,35×10^5 Дж/кг, а удельная теплоемкость воды СУД = 4,19×10^3 Дж/кг×К?

Физика 11 класс Термодинамика изменение энтропии плавление льда теплота плавления нагрев воды удельная теплоёмкость физика 11 класс энтропия воды расчет энтропии температура 0°C масса льда 0,1 кг Новый

Для решения этой задачи мы будем рассчитывать общее изменение энтропии, которое происходит в два этапа: плавление льда и нагрев воды.

Шаг 1: Изменение энтропии при плавлении льда

При плавлении льда происходит переход вещества из твердого состояния в жидкое при постоянной температуре. Формула для изменения энтропии (ΔS) в этом случае выглядит так:

ΔS_плавление = Q_плавление / T

где Q_плавление - это количество теплоты, которое необходимо для плавления льда, а T - температура в Кельвинах.

Количество теплоты, необходимое для плавления льда, можно найти по формуле:

Q_плавление = m * λ

Подставляем значения:

• m = 0,1 кг
• λ = 3,35 × 10^5 Дж/кг

Тогда:

Q_плавление = 0,1 * 3,35 × 10^5 = 33500 Дж

Температура в Кельвинах при плавлении льда (0°C) равна 273,15 K.

Теперь подставим значения в формулу для изменения энтропии:

ΔS_плавение = 33500 / 273,15 ≈ 122,6 Дж/K

Шаг 2: Изменение энтропии при нагреве воды

Теперь мы нагреваем полученную воду от 0°C до 50°C. Изменение энтропии в этом случае рассчитывается по формуле:

ΔS_нагрев = m * C * ln(T2 / T1)

где:

• C - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 × 10^3 Дж/кг×К
• T1 - начальная температура (0°C = 273,15 K)
• T2 - конечная температура (50°C = 323,15 K)

Подставляем значения:

ΔS_нагрев = 0,1 * 4,19 × 10^3 * ln(323,15 / 273,15)

Теперь вычислим значение ln(323,15 / 273,15):

ln(323,15 / 273,15) ≈ ln(1,182) ≈ 0,167

Теперь подставляем это значение:

ΔS_нагрев = 0,1 * 4,19 × 10^3 * 0,167 ≈ 69,9 Дж/K

Шаг 3: Общее изменение энтропии

Теперь мы можем найти общее изменение энтропии, складывая изменения энтропии от плавления и нагрева:

ΔS_общ = ΔS_плавение + ΔS_нагрев

ΔS_общ = 122,6 + 69,9 ≈ 192,5 Дж/K

Ответ: Общее изменение энтропии при плавлении льда и нагреве воды составляет примерно 192,5 Дж/K.