5 мл = 5 см³
Плотность соли:
ρ = m/V = 6 : 5 = 1,2 г/см³ = 1200 кг/м³
Масса 10 чайных ложек соли:
m = 10 · 6 = 60 (г)
Плотность воды:
ρ(в) = 1000 кг/м³ = 1 г/см³ = 1 кг/дм³ = 1 кг/л
Масса воды в стакане:
m(в) = ρ(в)V = 1 · 0,25 = 0,25 (кг) = 250 (г)
Масса раствора соли в воде:
m(р) = m(в) + m = 250 + 60 = 310 (г).
Предположив, что общий объем раствора соли равен сумме объемов соли и воды, получим плотность раствора:
ρ(р) = m(р) : V(р) = 310 : (250+50) =
= 310 : 300 ≈ 1,03 (г/см³) = 1030 кг/м³
Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁:
Тут:
с₁ - удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К)
m₁ - масса воды 1 кг (1л - 1кг)
T₀ - начальная температура воды 10°С
T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
Лед принял количество теплоты Q₂ :
Где:
с₂ - удельная теплоемкость льда 2060 Дж/(кг·К)
m₂ - начальная масса льда
T₂ - начальная температура льда -20°С
T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
m₃ - масса растаявшего льда.
λ - удельная теплота плавления льда 334*10³ Дж/кг
При этом:
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂
Теперь из 4 выражаем m₂:
Подставляя в (5) числовые значения, получаем:
ответ: Исходная масса льда 0,201 кг=201 г.