В калориметре было налито 10 г воды при температуре 70 °С. Чтобы её остудить, исследователи бросили в калориметр немного колотого льда из морозильника, в котором поддерживается температура –10 °С. Удельная теплота плавления льда λ = 330 кДж/кг, удельные теплоёмкости воды и льда cв = 4200 Дж/(кг·°C) и cл = 2100 Дж/(кг·°C). Графики зависимостей массы каждого из веществ от времени приведены на рисунке. К сожалению, учёные пролили на графики кофе, и часть экспериментальных данных оказалась утерянной. Помогите исследователям восстановить эти данные, ответив на следующие вопросы.
Физика11 классТеплообмен и калориметриякалориметрфизика 11 класстемпература водылёдудельная теплота плавлениятеплоемкость водытеплоемкость льдамасса веществграфики зависимостивосстановление данныхтемпература таянияконечная температурапроцент массы водыэкспериментальные данныетеплообментермодинамика
1. Какова была температура воды к тому моменту, как лёд начал таять?
Когда лёд начинает таять, вся энергия, которую теряет вода, идет на нагрев льда. Сначала вода остывает от 70 °C до 0 °C. Мы можем рассчитать, сколько тепла нужно для этого:
Это количество энергии достаточно, чтобы нагреть лёд до 0 °C. Поэтому температура воды к моменту начала таяния льда равна 0 °C.
2. Какая конечная температура установилась в калориметре?
После того, как лёд растаял, вся система (вода и растаявший лёд) достигнет равновесной температуры. Весь лёд сначала нагревается до 0 °C, затем плавится, и после этого вся система будет иметь одинаковую температуру. Мы можем использовать уравнение теплового баланса, но для простоты можно сказать, что конечная температура будет где-то между 0 °C и 70 °C. Обычно в таких задачах конечная температура находится ближе к 0 °C, так как лед забирает много тепла. Для точного расчета нужно учитывать массы и теплоты, но в общем случае конечная температура будет около 0 °C.
3. Какой процент от общей массы занимает вода в установившемся режиме?
Если мы предположим, что весь лёд растаял и стал водой, то общая масса воды будет суммой массы исходной воды и массы растаявшего льда. Если, например, в калориметре было 5 г льда, то общая масса будет 10 г (вода) + 5 г (лёд) = 15 г. Тогда процент воды будет:
Округляя, получаем 67%.
Надеюсь, это поможет исследователям! Если есть еще вопросы, не стесняйся спрашивать!