В теплоизолированом сосуде смешали воду массой 0.2кг и лёд массой 20гр. Температура льда 0°С. Через некоторое время в нём установилась температура 47°С. Какая была температура воды?
от

1 Ответ

дано:
- масса воды m_вода = 0.2 кг.
- масса льда m_лед = 20 г = 0.02 кг.
- начальная температура льда t_лед = 0 °C.
- конечная температура смеси t_конечная = 47 °C.

найти:
начальная температура воды t_вода.

решение:
1) В теплоизолированном сосуде происходит обмен теплом между водой и льдом, при этом лед сначала плавится, а затем вода из льда нагревается до конечной температуры.

2) Для расчета используем закон сохранения энергии: теплота, отданная водой, равна теплоте, полученной льдом.

3) Теплота, отданная водой:
Q_вода = m_вода * c_вода * (t_вода - t_конечная),
где c_вода ≈ 4200 Дж/(кг*°C) — удельная теплоемкость воды.

4) Теплота, полученная льдом:
Q_лед = m_лед * L + m_лед * c_вода * (t_конечная - t_лед),
где L ≈ 334000 Дж/кг — скрытая теплота плавления льда.

5) Подставим все известные значения в уравнение для сохранения энергии:

m_вода * c_вода * (t_вода - t_конечная) = m_лед * L + m_лед * c_вода * (t_конечная - t_лед).

6) Подставляем значения:

0.2 кг * 4200 Дж/(кг*°C) * (t_вода - 47) = 0.02 кг * 334000 Дж/кг + 0.02 кг * 4200 Дж/(кг*°C) * (47 - 0).

7) Упростим уравнение:

0.2 * 4200 * (t_вода - 47) = 0.02 * 334000 + 0.02 * 4200 * 47.

8) Рассчитаем правую часть:

0.2 * 4200 * (t_вода - 47) = 6680 + 3940,
0.2 * 4200 * (t_вода - 47) = 10620.

9) Упрощаем левую часть:

840 * (t_вода - 47) = 10620.

10) Делим обе стороны на 840:

t_вода - 47 = 10620 / 840,
t_вода - 47 ≈ 12.64.

11) Находим t_вода:

t_вода ≈ 12.64 + 47,
t_вода ≈ 59.64 °C.

ответ:
Температура воды была примерно 59.64 °C.
от