Две одинаковые высокие теплонепроницаемые трубки заполнены до высоты h=25 см. Первая – льдом, вторая – Две одинаковые высокие теплонепроницаемые трубки заполнены до высоты h=25 см. Первая – льдом, вторая – водой при температуре 10 ∘C. Воду выливают на лёд и сразу же отмечают её уровень. После завершения теплообмена оказалось, что уровень повысился на Δh=0,5 см. Какова была начальная температура льда? Удельная теплоёмкость воды cв=4200Джкг⋅∘C, удельная теплоёмкость льда cл=2100Джкг⋅∘C, удельная теплота плавления льда λ=330 кДжкг. Плотность льда ρл=900 кгм3, плотность воды ρв=1000 кгм3. Ответ выразите в ∘C, округлите до целого числа.
Обозначим массу льда как m, а массу воды как M. Тогда можем написать уравнения для теплового баланса и баланса масс:
1) mcлΔT + mλ + Mcв*ΔT = 0
2) m/ρл + M/ρв = V где V = 0.25л - объем жидкости
Из уравнения 2) найдем M = Vρв - mρл и подставим в уравнение 1):
mcлΔT + mλ + (Vρв - mρл)cв*ΔT = 0
Подставляем значения всех известных величин и находим ΔT:
m2100ΔT + m330 + ((0.25/(900/ρл) - m)(1000)4200)ΔT = 0
Решая это уравнение, получим ΔT ≈ -6.7°C
Тогда начальная температура льда была примерно 273 + ΔT ≈ 266°C.