Сколько энергии требуется, чтобы стакан с водой массой 150 г полностью замерз во время переноса его из комнаты

Сквозь_Тьму

34

Чтобы решить эту задачу, нам понадобится знание формулы для расчета количества теплоты:

\[Q = mc\Delta T\]

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

Для начала нужно вычислить количество теплоты \(Q_1\), необходимое для охлаждения стекла от комнатной температуры до температуры замерзания.

Мы знаем, что масса стакана с водой составляет 150 г. Предположим, что удельная теплоемкость стекла незначительна, что значит теплоемкостью стекла можно пренебречь.

Чтобы найти изменение температуры, нужно вычесть температуру замерзания (-20°C в среднем) из начальной комнатной температуры (25°C):

\(\Delta T_1 = t - t_{замерзания} = 25°C - (-20°C) = 45°C\)

Теперь, используя формулу для количества теплоты, подставим известные значения:

\(Q_1 = mc\Delta T_1\)

\(Q_1 = 150 \, г \times c \times 45°C\)

Так как удельная теплоемкость стекла незначительна, то обозначим ее как 0:

\(Q_1 = 150 \, г \times 0 \times 45°C = 0 \) (джоули)

Теперь измерим количество теплоты \(Q_2\), необходимое для замерзания воды внутри стекла.

Мы знаем, что удельная теплоемкость воды равна 4186 Дж/кг°C, а масса воды в стакане составляет 150 г.

Используем формулу:

\(Q_2 = mc\Delta T_2\)

Где \(\Delta T_2\) - изменение температуры от комнатной температуры до температуры замерзания:

\(\Delta T_2 = t - t_{замерзания} = 25°C - (-20°C) = 45°C\)

Подставим известные значения в формулу:

\(Q_2 = 150 \, г \times 4186 \, Дж/кг°C \times 45°C\)

\(Q_2 = 2821500 \) Джоулей

Теперь сложим два значения теплоты, чтобы получить общее количество необходимой энергии \(Q_{общ}\):

\(Q_{общ} = Q_1 + Q_2\)

\(Q_{общ} = 0 + 2821500 \) Джоулей

\(Q_{общ} = 2821500 \) Джоулей

Таким образом, чтобы стакан с водой полностью замерз во время переноса его из комнаты на улицу зимой, потребуется 2821500 Джоулей энергии.