Сколько энергии понадобится, чтобы лед полностью превратился в воду, если кусочек льда массой 150 г при t=-10°C занесли

Единорог

37

Чтобы решить эту задачу, мы должны учесть физические законы изменения фазы вещества и теплообмена между льдом и окружающей средой.

Для начала, нам понадобятся данные осколка льда. Мы знаем, что его масса равна 150 г.

Далее, мы узнаем разницу в температуре между льдом и окружающей средой. В задаче указано, что температура льда равна -10°C, а температура в комнате предположительно выше. Но точной информации о температуре окружающей среды у нас нет, поэтому будем считать ее равной 20°C.

Первый этап изменения фазы - нагревание льда от его начальной температуры до точки плавления. Для этого мы используем теплоемкость льда, которая равна 2.09 Дж/(г·°C). Формула для расчета количества тепла в этом случае будет выглядеть следующим образом:

\[Q_1 = mc\Delta T_1\]

где:
- \(m\) - масса льда (150 г)
- \(c\) - теплоемкость льда (2.09 Дж/(г·°C))
- \(\Delta T_1\) - изменение температуры льда от -10°C до 0°C

Определим изменение температуры \(\Delta T_1\):

\[\Delta T_1 = 0°C - (-10°C) = 10°C\]

Теперь мы можем рассчитать количество тепла, необходимое для нагревания льда от -10°C до 0°C:

\[Q_1 = (150 г) \cdot (2.09 Дж/(г·°C)) \cdot (10°C) = 3135 Дж\]

Теперь перейдем ко второму этапу - плавлению льда. В этом случае мы будем использовать удельную теплоту плавления льда, которая равна 334 Дж/г. Формула для расчета количества тепла в этом случае будет выглядеть следующим образом:

\[Q_2 = mL\]

где:
- \(m\) - масса льда (150 г)
- \(L\) - удельная теплота плавления льда (334 Дж/г)

Рассчитаем количество тепла, необходимое для плавления льда:

\[Q_2 = (150 г) \cdot (334 Дж/г) = 50100 Дж\]

Итак, общее количество энергии, необходимое для превращения льда массой 150 г при температуре -10°C в воду при комнатной температуре, составляет:

\[Q = Q_1 + Q_2 = 3135 Дж + 50100 Дж = 53235 Дж\]

Таким образом, для полного превращения льда в воду нам потребуется около 53235 Дж энергии.