Дано:
масса воды, m1 = 150 г = 0.15 кг
температура воды, t1 = 15 °С
начальная температура льда, t2 = -12 °С
конечная температура льда, t3 = -7 °С
удельная теплота плавления льда, L = 330 кДж/кг
а) Найдём количество теплоты, которое отдала вода, охлаждаясь до 0 °С:
Q1 = m1 * c * Δt,
где c - удельная теплоемкость воды, Δt - изменение температуры воды.
c = 4184 Дж/(кг*°C) (удельная теплоемкость воды)
Δt = 15 °C - 0 °C = 15 °C
Q1 = 0.15 кг * 4184 Дж/(кг*°C) * 15 °C = 9402 Дж
б) Найдём количество теплоты, которое отдала вода при превращении в лёд при конечной температуре:
Q2 = m1 * L
в) Найдём начальную массу льда:
Общее количество теплоты в системе сохраняется, поэтому количества теплот, полученных водой и льдом, равны количеству теплоты, необходимой для нагрева льда от t2 до 0 °C и для плавления льда.
m2 * c * Δt + m2 * L = m1 * c * Δt,
где m2 - масса льда в начальном состоянии.
Δt = 0 °C - (-12) °C = 12 °C
m2 = m1 * c * Δt / (c * Δt + L),
m2 = 0.15 кг * 4184 Дж/(кг*°C) * 12 °C / (4184 Дж/(кг*°C) * 12 °C + 330000 Дж/кг) ≈ 0.054 кг
Ответ:
а) Количество теплоты, которое отдала вода, охлаждаясь до 0 °С, равно 9402 Дж.
б) Количество теплоты, которое отдала вода при превращении в лёд при конечной температуре, равно 49.5 кДж.
в) Начальная масса льда равна 0.054 кг.