Какое количество льда с температурой -5 °С может растопить стальной шар массой 5 кг, когда он охлаждается с 400 до 0 °С? Предположим, что вся энергия передается льду. Для решения задачи нужно составить уравнение теплового баланса, при этом количество теплоты, отдаваемое шаром, будет равно количеству теплоты, необходимому для нагрева льда и его плавления.

Физика 8 класс Тепловые явления количество льда стальной шар температура тепловой баланс Энергия плавление льда физика 8 класс задача по физике теплообмен охлаждение шара Новый

Для решения этой задачи нам нужно воспользоваться законом сохранения энергии и составить уравнение теплового баланса. Мы начнем с определения количества теплоты, которое отдает стальной шар, когда он охлаждается, и сравним его с количеством теплоты, необходимым для нагрева и плавления льда.

Шаг 1: Определение количества теплоты, отдаваемого стальным шаром

Количество теплоты, которое отдает стальной шар, можно рассчитать по формуле:

Q1 = m * c * ΔT

• где Q1 - количество теплоты, отдаваемое шаром (в джоулях);
• m - масса шара (5 кг);
• c - удельная теплоемкость стали (приблизительно 460 Дж/(кг·°C));
• ΔT - изменение температуры (начальная температура - конечная температура = 400 °C - 0 °C = 400 °C).

Подставим значения:

Q1 = 5 кг * 460 Дж/(кг·°C) * 400 °C = 920000 Дж.

Шаг 2: Определение количества теплоты, необходимого для нагрева и плавления льда

Количество теплоты, необходимое для нагрева льда с -5 °C до 0 °C, можно рассчитать по формуле:

Q2 = m_лед * c_лед * ΔT_лед

• где Q2 - количество теплоты, необходимое для нагрева льда;
• m_лед - масса льда (в кг);
• c_лед - удельная теплоемкость льда (приблизительно 2100 Дж/(кг·°C));
• ΔT_лед - изменение температуры льда (0 °C - (-5 °C) = 5 °C).

Следовательно, Q2 для нагрева льда будет:

Q2 = m_лед * 2100 Дж/(кг·°C) * 5 °C = 10500 * m_лед.

Теперь нам нужно учесть количество теплоты, необходимое для плавления льда. Оно рассчитывается по формуле:

Q3 = m_лед * L

• где Q3 - количество теплоты, необходимое для плавления льда;
• L - теплота плавления льда (приблизительно 334000 Дж/кг).

Таким образом, Q3 будет:

Q3 = m_лед * 334000 Дж/кг.

Шаг 3: Составление уравнения теплового баланса

Согласно закону сохранения энергии, количество теплоты, отданное шаром, равно количеству теплоты, полученному льдом:

Q1 = Q2 + Q3

Подставляем выражения для Q2 и Q3:

920000 Дж = 10500 * m_лед + 334000 * m_лед.

Шаг 4: Решение уравнения

Объединим термины:

920000 Дж = (10500 + 334000) * m_лед.

920000 Дж = 344500 * m_лед.

Теперь найдем массу льда:

m_лед = 920000 Дж / 344500 ≈ 2.67 кг.

Ответ:

Количество льда с температурой -5 °С, которое может растопить стальной шар массой 5 кг, составляет примерно 2.67 кг.