Дано:
Масса воды, m1 = 500 г
Масса льда, m2 = 54.4 г
Масса насыщенного пара, m3 = 6.6 г
Температура воды и льда, t1 = 0 °C
Температура насыщенного пара, t2 = 100 °C
Найти:
Температура содержимого сосуда после установления теплового равновесия
Решение с расчетом:
Сначала определим количество теплоты, необходимое для плавления льда:
Q_ice = m2 * Lf
где Lf - удельная теплота плавления льда, Lf = 334 кДж/кг
Q_ice = 0.0544 * 334
Q_ice ≈ 18.17 кДж
Теперь найдем количество теплоты, необходимое для нагревания воды и плавления льда до конечной температуры T:
Q_total = m1 * c_water * (T - t1) + Q_ice
где c_water - удельная теплоемкость воды, c_water = 4.18 кДж/(кг*°C)
Предположим, что T = 0 °C (так как это максимальная температура для данной системы), тогда:
Q_total = 0.5 * 4.18 * (0 - 0) + 18.17
Q_total ≈ 18.17 кДж
Теплота, вводимая сухим насыщенным паром, будет равна:
Q_steam = m3 * h_fg
где h_fg - удельная теплота парообразования, h_fg = 2260 кДж/кг
Q_steam = 0.0066 * 2260
Q_steam ≈ 14.916 кДж
Вся эта теплота будет использована для нагревания воды и плавления льда. Найдем температуру, при которой произойдет тепловое равновесие.
Q_total = Q_steam
18.17 = 14.916
Исходя из этой ситуации, происходит парциальное превращение пара в жидкость, однако постоянное значение температуры уже не достигается, так как система находится в состоянии фазового равновесия.
Ответ:
После установления теплового равновесия, температура содержимого сосуда не может быть рассчитана без дополнительных данных о давлении и составе смеси.