Какое количество льда при температуре 0оС нужно добавить в 5 кг воды, чтобы снизить её температуру с 20оС до 8оС?

Физика 8 класс Теплообмен количество льда температура воды физика 8 класс теплообмен расчет температуры задачи по физике Новый

Для решения этой задачи нам нужно использовать закон сохранения энергии. В данном случае, тепло, которое теряет вода, будет равно теплу, которое получает лед, чтобы расплавиться и нагреться до конечной температуры. Давайте разберем шаги решения.

Шаг 1: Определим, сколько тепла теряет вода.

Температура воды изменяется с 20оС до 8оС, то есть на 12оС. Чтобы найти количество тепла, которое теряет вода, используем формулу:

Q = mcΔT

• Q - количество теплоты,
• m - масса воды (5 кг),
• c - удельная теплоемкость воды (примерно 4180 Дж/(кг·°С)),
• ΔT - изменение температуры (20оС - 8оС = 12оС).

Подставим значения:

Q = 5 кг * 4180 Дж/(кг·°С) * 12оС = 251400 Дж.

Шаг 2: Определим, сколько тепла получает лед.

Лед сначала должен расплавиться, а затем нагреться до 8оС. Для этого нам нужно учитывать два процесса:

1. Плавление льда (теплота плавления): Q1 = m1 * L, где L - теплота плавления льда (примерно 334000 Дж/кг).
2. Нагревание полученной воды от льда до 8оС: Q2 = m1 * c * ΔT, где ΔT = 8оС (температура воды после плавления льда).

Общее количество теплоты, получаемое льдом, будет: Q_лед = Q1 + Q2.

Шаг 3: Запишем уравнение теплового баланса.

Согласно закону сохранения энергии, теплота, теряемая водой, равна теплоте, получаемой льдом:

Q_вода = Q_лед.

То есть:

251400 Дж = m1 * 334000 Дж/кг + m1 * 4180 Дж/(кг·°С) * 8оС.

Шаг 4: Подставим m1 (массу льда) и решим уравнение.

251400 = m1 * 334000 + m1 * 33440.

Объединим подобные слагаемые:

251400 = m1 * (334000 + 33440).

251400 = m1 * 367440.

Теперь найдем массу льда:

m1 = 251400 / 367440 ≈ 0.684 кг.

Ответ: Для снижения температуры 5 кг воды с 20оС до 8оС необходимо добавить примерно 0.684 кг льда при температуре 0оС.