В термосе находится лед массой 100 г при температуре -8°C и вода массой 400 г при температуре 20°C. Какую температуру можно ожидать в термосе после достижения теплового равновесия?

Физика 8 класс Тепловые явления теплообмен термос лёд температура тепловое равновесие физика 8 класс масса вода расчет температуры Новый

Для решения данной задачи нам нужно использовать закон сохранения энергии. Мы будем учитывать, что тепло, которое передает вода, будет равно теплу, которое получает лед. В конечном итоге мы найдем температуру, при которой система достигнет теплового равновесия.

Давайте обозначим:

• m1 = 100 г (масса льда)
• t1 = -8°C (начальная температура льда)
• m2 = 400 г (масса воды)
• t2 = 20°C (начальная температура воды)
• c_лед = 2,1 Дж/(г·°C) (удельная теплоемкость льда)
• c_вода = 4,2 Дж/(г·°C) (удельная теплоемкость воды)
• c_плавления = 334 Дж/г (теплота плавления льда)

Теперь мы можем определить, что произойдет в термосе:

1. Сначала лед нагревается от -8°C до 0°C.
2. Затем лед плавится, превращаясь в воду при 0°C.
3. После этого полученная вода будет нагреваться до конечной температуры t.
4. Вода будет остывать от 20°C до конечной температуры t.

Теперь запишем уравнение теплового баланса:

Тепло, переданное водой:

Q_вода = m2 * c_вода * (t2 - t)

Тепло, полученное льдом:

Q_лед = m1 * c_лед * (0 - t1) + m1 * c_плавления + m1 * c_вода * (t - 0)

Теперь подставим все известные значения в уравнение теплового баланса:

m2 * c_вода * (t2 - t) = m1 * c_лед * (0 - t1) + m1 * c_плавления + m1 * c_вода * (t - 0)

Подставим значения:

400 * 4,2 * (20 - t) = 100 * 2,1 * (0 - (-8)) + 100 * 334 + 100 * 4,2 * (t - 0)

Теперь упростим уравнение:

400 * 4,2 * (20 - t) = 100 * 2,1 * 8 + 33400 + 100 * 4,2 * t

1680 * (20 - t) = 168 + 33400 + 420t

Теперь раскроем скобки:

33600 - 1680t = 168 + 33400 + 420t

Соберем все t в одну сторону:

33600 - 168 - 33400 = 420t + 1680t

Сложим и упростим:

0 = 420t + 1680t - 33600 + 168 + 33400

2100t = 0

t = 0°C

Таким образом, конечная температура в термосе после достижения теплового равновесия составит 0°C.