Дано:
- масса воды m_в = 0,4 кг
- температура воды t_в = 10 °С
- масса льда m_л = 0,6 кг
- температура льда t_л = -40 °С
- теплоемкость воды c_в = 4186 Дж/(кг·°С)
- удельная теплоемкость льда c_л = 2100 Дж/(кг·°С)
- удельная теплота плавления льда L = 334000 Дж/кг
Необходимо найти температуру, которая установится в калориметре.
Решение:
1. Сначала определим, сколько тепла потребуется для того, чтобы лед нагрелся до 0 °С:
Q1 = m_л * c_л * (0 - t_л) = 0,6 * 2100 * (0 - (-40)) = 0,6 * 2100 * 40 = 50400 Дж
2. Далее определим, сколько тепла потребуется, чтобы лед растаял при 0 °С:
Q2 = m_л * L = 0,6 * 334000 = 200400 Дж
3. Теперь определим, сколько тепла можно передать воде для нагрева льда и его плавления. Это тепло, которое вода может отдать, охладившись от 10 °С до 0 °С:
Q3 = m_в * c_в * (t_в - 0) = 0,4 * 4186 * (10 - 0) = 0,4 * 4186 * 10 = 16744 Дж
4. Теперь смотрим, что произойдет:
- Для нагрева льда до 0 °С требуется 50400 Дж.
- Для плавления льда нужно 200400 Дж.
- Вода может отдать только 16744 Дж при охлаждении до 0 °С.
Таким образом, тепла, необходимого для полного нагрева льда и его плавления, не хватает. Это означает, что вся вода остынет до 0 °С, и часть льда не растает.
Итак, температура, которая установится в калориметре, будет 0 °С.
Ответ: 0 °С.