Дано:
- Масса воды, m = 3 кг
- Начальная температура воды, T_initial = 80 °C
- Конечная температура льда, T_final = -32 °C
- Удельная теплоемкость воды, c_water = 4200 Дж/(кг·°C)
- Удельная теплота конденсации воды, L_f = 334000 Дж/кг
- Удельная теплоемкость льда, c_ice = 2100 Дж/(кг·°C)
Найти:
- Общее количество тепла Q, которое необходимо отнять от 3 кг восьмидесятиградусной воды для получения льда при температуре -32 °C.
Решение:
Процесс состоит из четырех этапов:
1. Охлаждение воды от 80 °C до 0 °C.
2. Замерзание воды в лед при 0 °C.
3. Охлаждение льда от 0 °C до -32 °C.
1. Рассчитаем количество тепла, необходимое для охлаждения воды от 80 °C до 0 °C:
Q1 = m * c_water * (T_initial - T_fusion)
Q1 = 3 кг * 4200 Дж/(кг·°C) * (80 °C - 0 °C)
Q1 = 3 * 4200 * 80
Q1 = 1008000 Дж
2. Рассчитаем количество тепла, необходимое для замерзания воды в лед:
Q2 = m * L_f
Q2 = 3 кг * 334000 Дж/кг
Q2 = 1002000 Дж
3. Рассчитаем количество тепла, необходимое для охлаждения льда от 0 °C до -32 °C:
Q3 = m * c_ice * (T_final - T_fusion)
Q3 = 3 кг * 2100 Дж/(кг·°C) * (-32 °C - 0 °C)
Q3 = 3 * 2100 * (-32)
Q3 = -201600 Дж
Теперь сложим все значения, чтобы получить общее количество тепла Q:
Q = Q1 + Q2 + Q3
Q = 1008000 Дж + 1002000 Дж - 201600 Дж
Q = 1808400 Дж
Ответ:
Для получения льда с температурой -32 °C из 3 кг восьмидесятиградусной воды необходимо отнять 1808400 Дж тепла.