В медный стакан калориметра массой 200 г, содержащий 200 г воды, опустили кусок льда с температурой 0°С. Начальная температура калориметра с водой составляет 30°С. Когда наступит тепловое равновесие, температура воды и калориметра станет равной 5°С. Как рассчитать массу льда, если потери тепла калориметром считать пренебрежимо малыми?

Физика 8 класс Тепловые явления и калориметрия физика 8 класс калориметр медный стакан масса вода лёд температура тепловое равновесие расчет потери тепла задачи по физике термодинамика теплообмен формулы учебный материал Новый

Для решения задачи о нахождении массы льда, который был опущен в калориметр, нам нужно воспользоваться принципом сохранения энергии. Сначала мы определим, сколько теплоты передаст система (калориметр с водой) льду, чтобы привести его к тепловому равновесию.

Итак, начнем с расчета количества теплоты, которое теряет калориметр с водой, когда температура падает с 30°C до 5°C.

• 1. Определим удельные теплоёмкости:
  • Удельная теплоёмкость воды: 4200 Дж/(кг·°C)
  • Удельная теплоёмкость меди (калориметра): 385 Дж/(кг·°C)
• 2. Рассчитаем массу системы:
  • Масса воды: 200 г = 0,2 кг
  • Масса медного стакана: 200 г = 0,2 кг
  • Общая масса системы: 0,2 кг + 0,2 кг = 0,4 кг
• 3. Рассчитаем количество теплоты, которое выделит вода и калориметр:
  • Разность температур: 30°C - 5°C = 25°C
  • Общее количество теплоты (Q) будет равно:
  • Q = (с_воды * m_воды + с_меди * m_меди) * Δt
  • Q = (4200 Дж/(кг·°C) * 0,2 кг + 385 Дж/(кг·°C) * 0,2 кг) * 25°C
  • Q = (840 + 77) * 25 = 917 * 25 = 22925 Дж

Теперь мы знаем, что калориметр и вода отдали 22925 Дж теплоты. Эту теплоту должен был получить лед, чтобы растопиться и достичь температуры 0°C.

4. Теперь рассчитаем массу льда: Для этого нам нужно знать, сколько теплоты необходимо для плавления льда. Удельная теплоёмкость льда составляет 2060 Дж/(кг·°C). Таким образом, мы можем выразить массу льда (m) через количество теплоты (Q):

Q = m * c_льда * Δt, где Δt - это изменение температуры льда, которое в данном случае равно 0°C, так как лед плавится до 0°C.

Поскольку мы знаем, что Q = 22925 Дж, мы можем выразить массу льда:

m = Q / (c_льда * Δt) = 22925 / (2060 * 1) = 22925 / 2060 ≈ 11,12 кг.

Таким образом, ответ: масса льда составляет примерно 11,12 кг.