В теплоизолированном сосуде смешивают кипящую воду и лёд из холодильника в объёмном соотношении 3 : 4. В результате весь лёд тает и в сосуде устанавливается равновесие при температуре 0℃. Тепловыми потерями и теплоёмкостью сосуда можно пренебречь. Удельная теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг⋅∘C), удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг⋅∘C), удельная теплота плавления льда 340 кДж/кг, плотность воды 1000 кг/м3, плотность льда 900 кг/м3
.
При какой температуре лёд находился в холодильнике? Ответ дайте в градусах Цельсия (с учётом знака), округлив до целого числа. Какая температура установится в сосуде, если взять обратное объёмное соотношение воды и льда (то есть 4 : 3)? Ответ выразите в градусах Цельсия (с учётом знака), округлив до целого числа.
Пусть масса воды в сосуде составляет m кг, масса льда – 1.33m кг. Тогда энергия, выделяемая при таянии льда, должна равняться энергии, поглощенной водой 1.33m 340 10^3 = m 4200 0 откуда m = 1.33m 340 10^3 / 4200
Решая это уравнение, получаем m = 112.67 кг, m * 1.33 = 150 кг – масса воды и льда соответственно. Теперь найдем массу исходно замерзшего льда:
3 * 150 : 4 = 112.5
Он тает при температуре 0 °C, следовательно, температура льда в холодильнике равна 0 °C.
Когда будем использовать обратное объёмное соотношение воды и льда (4 : 3), то масса воды и льда будет равна 133.33 кг. Теперь найдем, сколько теплоты передастся льду, чтобы он полностью таял, а затем нагревался до равновесия с водой:
1.33m 340 10^3 + m 2100 0 = m 4200 T,
где T – искомая температура. Решая это уравнение, получаем T = 30 °C.
Итак, температура, которая установится в сосуде при обратном объёмном соотношении воды и льда (4 : 3), составит 30 °C.
1.33m 340 10^3 = m 4200 0
откуда m = 1.33m 340 10^3 / 4200
Решая это уравнение, получаем m = 112.67 кг, m * 1.33 = 150 кг – масса воды и льда соответственно. Теперь найдем массу исходно замерзшего льда:
3 * 150 : 4 = 112.5
Он тает при температуре 0 °C, следовательно, температура льда в холодильнике равна 0 °C.
Когда будем использовать обратное объёмное соотношение воды и льда (4 : 3), то масса воды и льда будет равна 133.33 кг. Теперь найдем, сколько теплоты передастся льду, чтобы он полностью таял, а затем нагревался до равновесия с водой:1.33m 340 10^3 + m 2100 0 = m 4200 T,
где T – искомая температура. Решая это уравнение, получаем T = 30 °C.
Итак, температура, которая установится в сосуде при обратном объёмном соотношении воды и льда (4 : 3), составит 30 °C.