Калориметр содержит лёд массой 100г при температуре -5 ℃ . В калориметр впускают пар с температурой 100 ℃. Сколько воды оказалось в калориметре, когда весь лёд растаял? Температура образовавшейся воды равна 0 ℃

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для решения этой задачи необходимо использовать закон сохранения энергии. Количество теплоты, выделившееся при конденсации пара и расплавлении льда, равно количеству теплоты, поглощенному водой.

Для начала найдем количество теплоты, необходимое для того, чтобы нагреть лед от температуры -5 ℃ до 0 ℃:

Q1 = m c ΔT,
где m = 100 г - масса льда,
c = 2.09 Дж/(г * ℃) - удельная теплоемкость льда,
ΔT = 5 ℃ - изменение температуры льда.

Q1 = 100 г 2.09 Дж/(г ℃) * 5 ℃ = 1000 Дж.

Теперь найдем количество теплоты, необходимое для того, чтобы расплавить лед:

Q2 = m * Lf,
где Lf = 334 Дж/г - удельная теплота плавления льда.

Q2 = 100 г * 334 Дж/г = 33400 Дж.

Теперь найдем количество теплоты, которое выделится при конденсации пара и охлаждении пара от 100 ℃ до 0 ℃:

Q3 = m c ΔT + m Lv,
где m - масса пара,
c = 2.05 Дж/(г ℃) - удельная теплоемкость водяного пара,
ΔT = 100 ℃,
Lv = 2260 Дж/г - удельная теплота конденсации водяного пара.

Q3 = m 2.05 Дж/(г ℃) 100 ℃ + m 2260 Дж/г = 100 г 2.05 Дж/(г ℃) 100 ℃ + 100 г 2260 Дж/г = 229500 Дж.

Итак, общее количество теплоты, которое поглотила вода:
Q = Q1 + Q2 = 1000 Дж + 33400 Дж = 34400 Дж.

Теперь можно найти массу воды в калориметре, используя теплоту:
Q = m_water c_water ΔT,
где c_water = 4.186 Дж/(г * ℃) - удельная теплоемкость воды,
ΔT = 0 ℃ - 100 ℃ = 100 ℃.

m_water = Q / (c_water ΔT) = 34400 Дж / (4.186 Дж/(г ℃) * 100 ℃) = 82,2 г.

Итак, в калориметре окажется около 82,2 г воды, когда весь лед растает.