Question

Имеется m = 1 кг воды, переохлажденной до t1 = -10 °с. при некотором возмущении часть воды превращается в лед с температурой t2 = 0 °с. какова масса m1 образовавшегося льда? удельная теплоемкость воды с = 4200 дж/(кг·к), удельная теплота плавления льда l = 3,3 · 105 дж/кг

Answer 1

Для решения этой задачи мы будем использовать закон сохранения энергии. Первоначально вся энергия в воде будет в исходном состоянии, а затем часть этой энергии будет переходить в лед.

1. Найдем количество теплоты Q, которое надо извлечь из воды, чтобы она остыла до температуры плавления льда.
Q = m * c * Δt, где m - масса воды, c - удельная теплоемкость воды, Δt - изменение температуры
Q = 1 кг * 4200 дж/(кг·к) * (-10 °C - 0 °C)
Q = -42 000 дж

2. Найдем количество теплоты Q1, которое нужно выделить, чтобы сгусток воды превратился в лед.
Q1 = m1 * l, где m1 - масса образовавшегося льда, l - удельная теплота плавления льда
Q1 = m1 * 3,3 · 105 дж/кг

3. Поскольку весь выделенный тепловой эффект будет использован для плавления льда, то Q = Q1
-42 000 дж = m1 * 3,3 · 105 дж/кг

4. Решим полученное уравнение относительно m1:
m1 = (-42 000 дж) / (3,3 · 105 дж/кг)
m1 = -1/8 кг
Знак "-" означает, что масса льда отрицательная. Это говорит о том, что плавление льда не произошло, а только сброс тепла до 0 °C.

Таким образом, образовавшейся лед не было. Весь выделенный тепловой эффект использовался только для охлаждения воды до 0 °C.