Какова масса железной заготовки, если она, охлаждаясь от температуры 1000 до 0 °С, смогла растопить лед массой 3 кг, взятый при температуре -10 °С, и вся выделенная ею энергия пошла на плавление льда?

Физика Колледж Термодинамика масса железной заготовки охлаждение температура плавление льда Энергия физика теплообмен термодинамика Новый

Давайте разберемся с этой увлекательной задачей! Нам нужно найти массу железной заготовки, которая смогла растопить лед. Для этого нам понадобятся некоторые физические формулы и данные.

1. Энергия, необходимая для плавления льда:

• Масса льда (m_лед) = 3 кг
• Температура льда (T_лед) = -10 °C
• Температура плавления льда = 0 °C
• Удельная теплота плавления льда (L_плавл) ≈ 334 кДж/кг

Сначала нужно нагреть лед до 0 °C, а затем растопить его:

1. Энергия для нагрева льда:
2. Q_нагрев = m_лед * c_лед * ΔT, где c_лед ≈ 2.1 кДж/(кг·°C) и ΔT = 10 °C.
3. Q_нагрев = 3 * 2.1 * 10 = 63 кДж.

Теперь рассчитаем энергию, необходимую для плавления льда:

1. Q_плавл = m_лед * L_плавл = 3 * 334 = 1002 кДж.

2. Общая энергия, необходимая для превращения льда в воду:

Q_общ = Q_нагрев + Q_плавл = 63 + 1002 = 1065 кДж.

3. Энергия, выделяемая при охлаждении железной заготовки:

• Масса железной заготовки (m_железо) - это то, что мы ищем.
• Удельная теплоемкость железа (c_железо) ≈ 0.45 кДж/(кг·°C).
• Температура охлаждения ΔT = 1000 °C.

Энергия, выделяемая при охлаждении:

Q_выдел = m_железо * c_железо * ΔT.

Мы знаем, что вся выделенная энергия идет на плавление льда, поэтому:

m_железо * 0.45 * 1000 = 1065.

4. Решаем уравнение:

m_железо = 1065 / (0.45 * 1000) = 2.37 кг.

Ответ: Масса железной заготовки составляет примерно 2.37 кг!

Как здорово, что мы смогли решить эту задачу и узнать массу железной заготовки! Надеюсь, это вдохновит вас на дальнейшие исследования в мире физики!