Дано:
- Масса воды mв = 2 кг
- Температура воды tв = 5 °С
- Масса льда mл = 5 кг
- Температура льда tл = -40 °С
- Удельная теплоемкость воды cв = 4186 Дж/(кг·°С)
- Удельная теплоемкость льда cл = 2100 Дж/(кг·°С)
- Теплота плавления льда Lпл = 334000 Дж/кг
Найти: температуру и объем содержимого калориметра после установления теплового равновесия.
Решение:
1. Прогрев льда от -40 °С до 0 °С:
Количество теплоты, необходимое для прогрева льда:
Q1 = mл * cл * (tл - 0) = 5 * 2100 * (0 - (-40)) = 5 * 2100 * 40 = 420000 Дж
2. Плавление льда при 0 °С:
Количество теплоты, необходимое для плавления льда:
Q2 = mл * Lпл = 5 * 334000 = 1670000 Дж
3. Подогрев воды и льда после плавления до температуры теплового равновесия:
Температура воды, которая отдает тепло:
Количество теплоты, которое вода может отдать, чтобы достичь 0 °С:
Q3 = mв * cв * (tв - 0) = 2 * 4186 * (5 - 0) = 2 * 4186 * 5 = 41860 Дж
Значит, после теплового равновесия в калориметре будет смесь воды при 0 °С и плавящегося льда, и общая температура будет 0 °С.
Ответ:
Температура в калориметре после установления теплового равновесия — 0 °С.