Что будет масса воды в калориметре после установления теплового равновесия, если в калориметр с 50 г воды

Nikolaevich

10

Для решения данной задачи мы можем использовать закон сохранения энергии.

На начальном этапе у нас есть 50 г воды при температуре 40°C. При установлении теплового равновесия она должна добиться одной температуры с льдом и водяным паром. Давайте найдем, сколько тепла перешло от каждой составляющей калориметра.

Сначала рассмотрим теплообмен с льдом. Для этого мы можем использовать формулу теплового равновесия:

$Q=m\cdot c\cdot \mathrm{\Delta }T$,

где $Q$ - тепло, $m$ - масса вещества, $c$ - удельная теплоемкость, $\mathrm{\Delta }T$ - изменение температуры.

Масса льда составляет 100 г, изменение температуры будет равно разнице температур воды и льда: $40-(-20)=60$°C.

Тепло, переданное от льда к воде, будет равно:

$Q_1=m_1\cdot c\cdot \mathrm{\Delta }{T}_1=100\cdot 0.5\cdot 60=3000$ кал.

Теперь рассмотрим теплообмен с водяным паром. Масса водяного пара составляет 10 г, а изменение температуры будет разницей температур водяного пара и воды: $100-40=60$°C.

Тепло переданное от водяного пара к воде будет равно:

$Q_2=m_2\cdot c\cdot \mathrm{\Delta }{T}_2=10\cdot 2.26\cdot 60=1356$ кал.

Теперь найдем общее количество тепла, которое было перенесено воде:

$Q_{\text{общ}}=Q_1+Q_2=3000+1356=4356$ кал.

Это количество тепла будет сохраняться в системе и перейдет на нагревание воды до окончательной температуры теплового равновесия.

Так как теплоемкость воды равна 1 кал/г°C, мы можем использовать формулу:

$Q=m\cdot c\cdot \mathrm{\Delta }T$,

где $Q$ - тепло, $m$ - масса воды, $c$ - удельная теплоемкость, $\mathrm{\Delta }T$ - изменение температуры.

Мы знаем, что объем воды в калориметре составляет 50 г. Найдем изменение температуры:

$\mathrm{\Delta }T=\frac{Q_{\text{общ}}}{m\cdot c}=\frac{4356}{50\cdot 1}=87.12$°C.

Таким образом, после установления теплового равновесия, масса воды в калориметре останется неизменной и составит 50 г, только ее температура будет равна 87.12°C.