Решите пожалуйста физику.
В калориметре находился 1 кг льда. Чему равна первоначальная температура льда, если после добавления в калориметр 20 г воды, имеющей температуру 20 °C, в калориметре установилось тепловое равновесие при -2 °C ? Теплообменом с окружающей средой и теплоемкостью калориметра пренебречь.
Ответы
Ответ:
≈ -6°C
Объяснение:
m₁ = 1 кг
m₂ = 20г = 0,02 кг
t₂ = 20°C
T = 0°C - температура замерзания воды
t₃ = -2°C
с₁ - 2100Дж/(кг К) - удельная теплоёмкость льда
c₂ = 4200 Дж/(кг К) - удельная теплоёмкость воды
λ = 3,3·10⁵ Дж/кг - удельная теплота (плавления (кристаллизации) льда
t₁ - ? - первоначальная температура льда
---------------------------------------------------------
Уравнение теплового баланса
Q₁ = Q₂
Q₁ = c₁m₁(t₃ - t₁) - тепло, полученное льдом
Q₂ = c₂m₂ (t₂ - Т) + λm₂ + c₁m₂(T - t₃) - теплота, отданная водой при охлаждении, превращении в лёд и охлаждении льда, образовавшегося из воды
c₁m₁(t₃ - t₁) = c₂m₂ (t₂ - Т) + λm₂ + c₁m₂(T - t₃)
t₁ = t₃ - (c₂m₂ (t₂ - Т) + λm₂ + c₁m₂(T - t₃)) : c₁m₁
t₁ = -2 - (4200 · 0.02 · (20 - 0) + 3,3·10⁵ · 0.02 + 2100 · 0.02(0 + 2)) : (2100 · 1)
t₁ = - 2 - (1680 + 6600 + 84) : 2100
t₁ = - 2 - 8364 : 2100
t₁ ≈ - 6 (°C)