Question

В калориметр, содержащий 150 г льда при температуре –10 °С, впускали водяной пар при температуре 100 °С до тех пор, пока весь лёд не растаял. Удельная теплота плавления льда 330 кДж/кг, удельная теплота парообразования воды 2 300 кДж/кг. а) Какое количество теплоты надо сообщить льду, чтобы нагреть его до температуры плавления? б) Какое количество теплоты надо сообщить льду в начальном состоянии, чтобы он весь растаял? в) Чему равна масса воды в калориметре в конечном состоянии?

Answer 1

Дано:
Масса льда, m = 150 г = 0.15 кг
Температура льда, t1 = -10 °C
Температура водяного пара, t2 = 100 °C
Удельная теплота плавления льда, L1 = 330 кДж/кг = 330 * 10^3 Дж/кг
Удельная теплота парообразования воды, L2 = 2300 кДж/кг = 2300 * 10^3 Дж/кг

а) Найти количество теплоты, необходимое для нагревания льда до температуры плавления.
б) Найти количество теплоты, необходимое для плавления всего льда.
в) Найти массу воды в калориметре в конечном состоянии.

Решение:
а) Количество теплоты для нагревания льда до температуры плавления: Q1 = m * c * Δt,
где c - удельная теплоемкость льда, Δt - изменение температуры.
Удельная теплоемкость льда c = 2100 Дж/(кг*°C), Δt = 10 °C
Q1 = 0.15 кг * 2100 Дж/(кг*°C) * 10 °C = 3150 Дж

б) Количество теплоты для плавления льда: Q2 = m * L1
Q2 = 0.15 кг * 330 * 10^3 Дж/кг = 49500 Дж

в) Общее количество теплоты, которое нужно сообщить льду: Q = Q1 + Q2 = 3150 Дж + 49500 Дж = 52650 Дж

Масса воды в конечном состоянии можно найти из теплового баланса:
Q = m' * L2, где m' - масса воды в конечном состоянии.
m' = Q / L2 = 52650 Дж / (2300 * 10^3 Дж/кг) ≈ 0.023 кг

Ответ:
а) Количество теплоты, необходимое для нагревания льда до температуры плавления, равно 3150 Дж.
б) Количество теплоты, необходимое для плавления всего льда, равно 49500 Дж.
в) Масса воды в калориметре в конечном состоянии составляет примерно 0.023 кг.