Ученик восьмого класса принёс в комнату стакан с водой и льдом и стал измерять температуру смеси. В течение первых 12 мин температура в стакане оставалась равной 0 ∘С, а далее равномерно по времени увеличилась на 1 ∘С за 45 с. Найдите отношение массы воды к массе льда в начале опыта. Удельная теплоёмкость воды c=4,2⋅103 Дж/(кг ⋅∘С). Удельная теплота плавления льда λ=3,36⋅105 Дж/кг. Количество теплоты, идущей на нагревание стакана, считайте пренебрежимо малым.
от

1 Ответ

Дано: c = 4,2⋅10^3 Дж/(кг ⋅∘С), λ = 3,36⋅10^5 Дж/кг

Найти: m_в/m_л

Решение:
Обозначим m_в - массу воды, m_л - массу льда.

В начале опыта температура смеси составляет 0 ∘С, следовательно, количество теплоты, необходимое для плавления льда, равно Q_пл = λ*m_л.

Затем количество теплоты, необходимое для нагрева смеси до температуры 0+12∙x ∘С, где x - количество увеличений температуры на 1 ∘С, равно Q_наг = c*m_в*12*x.

Так как количество теплоты, выделимое при плавлении льда, равно количеству теплоты, поглощенному для нагревания смеси, то λ*m_л = c*m_в*12*x.

После окончания плавления льда температура начнёт увеличиваться на 1 ∘С каждые 45 секунд, т.е. x=1/45 ∘С/с.

Подставляя значения λ, c, и x, получим λ*m_л = c*m_в*12*(1/45)
3,36*10^5*m_л = 4,2*10^3*m_в*12*(1/45).

Упрощаем выражение и найдем отношение массы воды к массе льда: m_в/m_л = λ/(c*12*(1/45)) = 3,36*10^5/(4,2*10^3*12*(1/45)) = 5.

Ответ: отношение массы воды к массе льда в начале опыта равно 5.
от