Электроны проводимости в металле находятся в беспорядочном тепловом движении, однако при этом они практически не выходят с поверхности металла в вакуум даже при комнатной температуре. Это объясняется увеличением потенциальной энергии электрона при удалении его от поверхности металла. Таким образом, металл представляет для электронов проводимости потенциальную яму, ограниченную со всех сторон потенциальными барьерами. Отдельные электроны постоянно покидают поверхность металла, удаляясь от нее на несколько межатомных расстояний (d ≈ 10-9 – 10-10 м) и затем возвращаются обратно, поскольку их энергии недостаточно, чтобы преодолеть потенциальный барьер. В результате металл оказывается окруженным электронным облаком, которое образует совместно с наружным слоем ионов двойной электрический слой. В таком электронном облаке на электроны действуют силы, направленные внутрь металла. Для перевода электрона из металла в вакуум необходимо совершить работу против этих сил. При этом совершаемая работа идет на увеличение потенциальной энергии электрона
Дано: - лёд массой 3 кг при -10°, - вода массой 0,5 кг при +10°. Табличные данные:
удельная теплоемкость воды меняется вместе с изменением ее температуры в кДж/кг:
при температуре льда в минус десять - 2,22; при температуре льда в ноль градусов - 2,11; при нуле градусов в жидком состоянии - 4,218; при температуре плюс десять градусов - 4,192; удельная теплота плавления при температуре ноль градусов по Цельсию — 333,55. Примем средние значения теплоёмкости: - вода 4205 Дж/кг*градус, - лёд 2165 Дж/кг*градус.
Вода, остывая от 10 до 0 градусов, выделит 0,5*4205*10 = 21025 Дж. Лёд при этом нагреется на 21025/(3*2165) = 3,237105 градуса и будет иметь температуру -10 + 3,237105 = - 6,762895 градуса. От более тёплой воды он будет отнимать тепло, превращая её в лёд. Его образуется (6,762895*3*2165)/333550 = 0,131689 кг.
ответ: Итого льда 3,131689 кг и 0,368311 воды при 0 градусов.
Решение во вложении: