До какой температуры нужно нагреть стальной кубик, чтобы, будучи поставленным на лёд при температуре 0°С, он полностью в него погрузился?
назад от

1 Ответ

Дано:  
масса стального кубика m = 0,5 кг (например)  
удельная теплоёмкость стали c_сталь = 460 Дж/(кг·°C)  
температура льда T_лед = 0 °C  
удельная теплота плавления льда L = 334 кДж/кг = 334000 Дж/кг  

Найти: температуру нагрева кубика T_куб.

Решение:

1. Для того чтобы стальной кубик полностью погрузился в лёд, он должен передать достаточное количество теплоты, чтобы растопить весь лёд, который соответствует его массе.

2. Рассчитаем массу льда, который будет растоплен при контакте с кубиком. Обозначим массу растопленного льда через m_лед. Масса растопленного льда будет равна массе кубика:

m_лед = m_куб

3. Количество теплоты, необходимое для плавления этого льда:

Q_лед = m_лед * L  
Q_лед = m * L  
Q_лед = 0,5 кг * 334000 Дж/кг  
Q_лед = 167000 Дж

4. Теперь определим количество теплоты, которое должен отдать стальной кубик для достижения температуры 0 °C. Оно равно:

Q_куб = m * c_сталь * (T_куб - T_лед)

5. Установим равенство между количеством тепла, отданного кубиком и количеством тепла, необходимым для растопления льда:

Q_куб = Q_лед

m * c_сталь * (T_куб - T_лед) = m * L

6. Упростим уравнение, подставив известные значения:

0,5 кг * 460 Дж/(кг·°C) * (T_куб - 0) = 167000 Дж

7. Упростим уравнение:

(0,5 * 460) * T_куб = 167000

230 * T_куб = 167000

8. Найдем T_куб:

T_куб = 167000 / 230  
T_куб ≈ 726,09 °C

Ответ: Стальной кубик нужно нагреть до температуры примерно 726,09 °C, чтобы он полностью погрузился в лёд при температуре 0 °C.
назад от