Помогите с физикой, даю 50 баллов.

В калориметр, содержащий 2,3 кг льда, добавили 100 г воды при температуре 20 °С. После установления теплового равновесия в калориметре оказался только лёд при температуре –5 °С. Удельная теплота плавления льда 330 кДж/кг.

1. Какое количество теплоты отдаёт вода, охлаждаясь до 0 °С?
2. Какое количество теплоты отдаёт вода в начальном состоянии для превращения в лёд при конечной температуре?
3. Чему равна начальная температура льда?

Физика 11 класс Теплообмен и калориметрия физика 11 класс калориметр Количество теплоты удельная теплота плавления температура льда тепловое равновесие охлаждение воды Новый

Чтобы решить эту задачу, давайте поэтапно разберем все шаги и необходимые вычисления.

Шаг 1: Определение количества теплоты, которое отдаёт вода, охлаждаясь до 0 °С.

Для начала нам нужно найти количество теплоты, которое теряет вода, когда она охлаждается от 20 °С до 0 °С. Для этого используем формулу:

Q = m * c * ΔT

где:

• Q - количество теплоты (в джоулях),
• m - масса воды (в кг),
• c - удельная теплоёмкость воды (примерно 4,18 кДж/(кг·°С)),
• ΔT - изменение температуры (в °С).

В нашем случае:

• m = 0,1 кг (100 г воды),
• c = 4,18 кДж/(кг·°С),
• ΔT = 20 °С - 0 °С = 20 °С.

Теперь подставим значения в формулу:

Q = 0,1 * 4,18 * 20 = 8,36 кДж.

Таким образом, количество теплоты, которое отдаёт вода, охлаждаясь до 0 °С, составляет 8,36 кДж.

Шаг 2: Определение количества теплоты, которое отдаёт вода для превращения в лёд.

Теперь нам нужно найти количество теплоты, которое отдаёт вода при превращении в лёд при температуре 0 °С. Для этого используем формулу:

Q = m * L

где:

• L - удельная теплота плавления льда (330 кДж/кг).

Масса воды, которая превращается в лёд, остаётся той же, что и в предыдущем шаге:

• m = 0,1 кг.

Теперь подставляем значения:

Q = 0,1 * 330 = 33 кДж.

Итак, количество теплоты, которое отдаёт вода при превращении в лёд, составляет 33 кДж.

Шаг 3: Определение начальной температуры льда.

Теперь мы можем выяснить, какая начальная температура льда была в калориметре. Сначала найдем общее количество теплоты, которое отдала вода:

Общее количество теплоты = количество теплоты, отданное при охлаждении + количество теплоты, отданное при плавлении.

Общее количество теплоты = 8,36 кДж + 33 кДж = 41,36 кДж.

Теперь это количество теплоты должно было быть поглощено льдом, чтобы нагреть его до конечной температуры -5 °С. Для этого используем формулу:

Q = m * c * ΔT

где:

• m - масса льда (2,3 кг),
• c - удельная теплоёмкость льда (примерно 2,1 кДж/(кг·°С)),
• ΔT - изменение температуры (конечная температура - начальная температура).

Подставим значения:

41,36 = 2,3 * 2,1 * (T - (-5)).

Теперь решим это уравнение для T:

41,36 = 2,3 * 2,1 * (T + 5).

41,36 = 4,83 * (T + 5).

Теперь делим обе стороны на 4,83:

T + 5 = 41,36 / 4,83 ≈ 8,57.

Теперь вычтем 5 из обеих сторон:

T ≈ 8,57 - 5 ≈ 3,57 °С.

Таким образом, начальная температура льда равна примерно 3,57 °С.

В итоге:

• Количество теплоты, отдаваемое водой при охлаждении до 0 °С: 8,36 кДж.
• Количество теплоты, отдаваемое водой для превращения в лёд: 33 кДж.
• Начальная температура льда: примерно 3,57 °С.