В термосе находится 400 мл кипятка при 100 С. В термос бросают несколько кусочков льда при 0 С и после установления теплового баланса температура воды снижается до 90 С. Термос считать полностью теплоизолированным. Как и на сколько изменилась внутренняя энергия воды? Какую массу льда бросили в термос?

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для решения этой задачи нам нужно установить, сколько тепла передалось от воды с температурой 100 С к льду до температуры 0 С и затем от льда до воды с температурой 90 С.

Используем уравнение теплового баланса:
м1 c (T1 - T) = м2 L_плавления + м2 c T + м2 c * (T - Т2),

где
м1 = 0.4 кг - масса воды,
м2 - масса льда,
c = 4200 Дж/(кг*С) - удельная теплоемкость воды,
T1 = 100 С - начальная температура воды,
T = 0 С - температура плавления льда,
L_плавления = 334,000 Дж/кг - удельная теплота плавления льда,
T2 = 90 С - конечная температура воды.

Подставляем известные значения:
0.4 4200 (100 - 90) = м2 334,000 + м2 4200 0 + м2 4200 (0 - 90),
16800 = 334,000 м2 - 37800 м2,
2100 = 331,200 м2,
м2 = 0,00633 кг.

Таким образом, бросили в термос 0,00633 кг льда.

Теперь найдем изменение внутренней энергии воды:
ΔU = м1 c (T2 - T1) = 0.4 4200 (90 - 100) = -4200 Дж.

Изменение внутренней энергии воды составляет -4200 Дж.