В воду массой m1 = 2,0 кг и температурой t1 = 30°С бросили кусок льда массой м2 Определите установившуюся температуру t, если начальная температура льда t2 = 0°C. Удельна теплоемкость воды с = 4,2·10^3 Дж/кг.°С', удельная теплота плавления льда 2 = 3,3·10^5 Дж/кг. Тепловые потери можно не учитывать.
назад от

1 Ответ

дано:  
Масса воды m1 = 2,0 кг.  
Температура воды t1 = 30°С.  
Масса льда m2 (неизвестно).  
Температура льда t2 = 0°С.  
Удельная теплоемкость воды c = 4,2 * 10^3 Дж/(кг·°С).  
Удельная теплота плавления льда L = 3,3 * 10^5 Дж/кг.

найти:  
Установившуюся температуру t.

решение:  
1) Прибавим массу льда и определим его количество, что требуется для достижения установившейся температуры. В данной задаче будет происходить обмен теплом между водой и льдом.

2) Тепло, которое отдает вода, когда остывает от t1 до t, можно выразить как:

Q_вода = m1 * c * (t1 - t).

3) Тепло, которое получает лед, когда плавится и нагревается до t, можно выразить следующим образом:

Q_лед = m2 * L + m2 * c * (t - t2).

4) Учитывая, что Q_вода = Q_лед, мы можем записать уравнение:

m1 * c * (t1 - t) = m2 * L + m2 * c * (t - t2).

5) Теперь подставляем известные значения и выражаем t. Сначала перепишем уравнение:

2,0 * 4,2 * 10^3 * (30 - t) = m2 * 3,3 * 10^5 + m2 * 4,2 * 10^3 * (t - 0).

6) Упростим его:

8400 * (30 - t) = m2 * 3,3 * 10^5 + m2 * 4,2 * 10^3 * t.

7) Раскроем скобки:

252000 - 8400t = m2 * 3,3 * 10^5 + m2 * 4,2 * 10^3 * t.

8) Переносим все члены с t в одну сторону:

252000 = m2 * 3,3 * 10^5 + m2 * 4,2 * 10^3 * t + 8400t.

9) Объединим t:

252000 = m2 * 3,3 * 10^5 + (m2 * 4,2 * 10^3 + 8400)t.

10) Теперь решим это уравнение для t:

t = (252000 - m2 * 3,3 * 10^5) / (m2 * 4,2 * 10^3 + 8400).

11) Однако, для нахождения t нужно знать значение m2. Рассмотрим крайние случаи. Если весь лед растает и станет водой при 0°C, замещая массу льда на воду, то установленной температурой будет 0°C.

12) Если m2 ≈ 0, то t приближается к 30°C. В промежуточном случае мы можем взять среднее значение, чтобы выяснить t, например, если m2 = 0,5 кг, то:

t = (252000 - 0,5 * 3,3 * 10^5) / (0,5 * 4,2 * 10^3 + 8400) = (252000 - 165000) / (2100 + 8400).

13) Подсчитаем:

t = 87000 / 10500 ≈ 8,29 °C.

ответ:  
При отсутствии информации о массе льда m2, невозможно точно определить установившуюся температуру t. Если предположить массу льда, например, равную 0,5 кг, то установившаяся температура составит примерно 8,29 °C.
назад от