Дано:
Масса воды (m) = 0,2 кг,
Начальная температура воды (T1) = 40 °C = 40 + 273 = 313 K,
Конечная температура воды (T2) = 0 °C = 0 + 273 = 273 K,
Удельная теплоемкость воды (c) = 4200 Дж/кг·°C,
Удельная теплота плавления льда (L) = 33 * 10^4 Дж/кг,
Объем воды (V) = 8,4 л = 8,4 кг.
Найти:
Время, за которое вода превратится в лед.
Решение:
Сначала определим количество теплоты, которое необходимо извлечь из начальной воды, чтобы она остыла до 0 °C:
Q1 = m * c * (T1 - T2) = 0,2 * 4200 * (313 - 273) = 0,2 * 4200 * 40 = 33600 Дж.
Затем определим количество теплоты, необходимое для замерзания всей воды:
Q2 = m * L = 0,2 * 33 * 10^4 = 6,6 * 10^4 Дж.
Теперь найдем общее количество теплоты, которое необходимо извлечь:
Q_total = Q1 + Q2 = 33600 + 6,6 * 10^4 = 99600 Дж.
Теперь определим количество теплоты, которое морозильная камера может извлечь за одну минуту:
Q_per_minute = V * L = 8,4 * 33 * 10^4 = 2772 * 10^4 Дж.
Наконец, найдем время, за которое вся вода превратится в лед:
Time = Q_total / Q_per_minute = 99600 / (2772 * 10^4) ≈ 0,036 минут.
Ответ:
Время, за которое вся вода превратится в лед, составляет примерно 0,036 минуты.