Какая масса льда была изначально, если его температура составляла 0 градусов, а после его плавления получившаяся вода

  • 45
Какая масса льда была изначально, если его температура составляла 0 градусов, а после его плавления получившаяся вода была нагрета до 20 градусов, при затрате 4140 Дж теплоты?
Pauk
53
Для решения этой задачи нам понадобится использовать формулу, связанную с изменением теплоты тела:

\[Q = mc\Delta T\]

где Q - изменение теплоты, m - масса тела, c - удельная теплоемкость вещества, \(\Delta T\) - изменение температуры.

В нашем случае у нас есть два этапа: плавление льда и нагрев получившейся воды. Рассмотрим каждый этап по отдельности.

1. Плавление льда:
Теплота, необходимая для плавления льда, вычисляется следующим образом:

\[Q1 = mL\]

где Q1 - теплота плавления, m - масса льда, L - удельная теплота плавления вещества (для воды это значение равно 334 Дж/г).

Таким образом, мы можем записать следующее уравнение:

\[Q1 = mL = 4140 \, Дж\]

2. Нагрев воды:
Теплота, необходимая для нагрева воды, также может быть вычислена с использованием формулы изменения теплоты:

\[Q2 = mc\Delta T\]

где Q2 - теплота нагрева воды, m - масса воды, c - удельная теплоемкость воды (для воды это значение равно 4.18 Дж/(г°C)), \(\Delta T\) - изменение температуры.

В нашем случае температура воды повысилась на 20 градусов, поэтому:

\[Q2 = mc\Delta T = m \cdot 4.18 \cdot 20\]

Мы уже знаем, что суммарная теплота равна 4140 Дж, поэтому мы можем записать следующее уравнение:

\[Q1 + Q2 = 4140 \, Дж\]

Теперь у нас есть два уравнения с двумя неизвестными (m и Q) и мы можем решить эту систему уравнений.

Подставим значение Q1 из первого уравнения во второе уравнение:

\[mL + mc\Delta T = 4140 \, Дж\]

Теперь вынесем m за скобки:

\[m(L + c\Delta T) = 4140 \, Дж\]

Таким образом, получаем выражение для массы льда:

\[m = \frac{4140 \, Дж}{L + c\Delta T}\]

Подставим известные значения для L, c и \(\Delta T\):

\[m = \frac{4140 \, Дж}{334 \, Дж/г + 4.18 \, Дж/(г°C) \cdot 20°C}\]

Выполняем вычисления:

\[m = \frac{4140 \, Дж}{334 \, Дж/г + 83.6 \, Дж/г}\]

\[m = \frac{4140 \, Дж}{417.6 \, Дж/г}\]

\[m \approx 9.91 \, грамм\]

Таким образом, изначальная масса льда составляла приблизительно 9.91 грамм.