Задача по МКТ, термодинамике №77

В теплоизолированный сосуд, в котором находится 1 кг льда при температуре − 20∘C,  налили 0,2 кг воды при температуре 10∘C.  Определите массу льда в сосуде после установления теплового равновесия. Теплоёмкостью сосуда и потерями тепла пренебречь.

Определим конечное состояние смеси лёд-вода, для чего сравним количество теплоты Q1  , необходимое для нагревания льда до температуры плавления, и количество теплоты Q2  , которое может отдать вода при остывании до начала процесса кристаллизации:

Q1 = c1m1(0− t1)= 2100⋅1⋅(0− (−20)) =42000 Д ж

Q = c2m2t2 = 4200 ⋅0,2⋅10 =8400 Дж

Q1 > Q2 » class=»math-display» src=»/images/fizika/answer-1204-5.svg» width=»auto»></div>
<p> <!--  l. 24  --></p>
<p class= следовательно, вода успеет остыть до 0∘C  и начнёт кристаллизоваться. Для того, чтобы полностью превратиться в лёд, воде при 0∘C  необходимо отдать количество теплоты

Q3 = λm2 = 330⋅103 ⋅0,2 =66000 Д ж

Так как Q1 < Q2+ Q3  , 42000< 8400+ 66000 =74400  , можно сделать вывод, что только часть воды массой m3  превратится в лёд и в сосуде установится конечная температура tk = 0∘C  .
Запишем уравнение теплового баланса:

c1m1 (0 − t1)+ c2m2(0− t2)− λm3 = 0

Таким образом, масса кристаллизовавшейся воды:

m3 = −-c1m1t1-− c2m2t2= −-2100-⋅1⋅(−-20)− 4200⋅0,2⋅10≈ 0,1 кг             λ                   330000

Общая масса льда, получившаяся в сосуде:

M  = m1+ m3

Полуичм:

M  = 1+ 0,1 = 1,1 кг
Оцените статью
Я решу все!