Question

калориметр, содержащий кусок льда массой 150 г и температурой -20 °C впускают 20 г водяного пара при температуре 100 °C . Какая

температура установится в калориметре, и каково будет его содержимое

после установления теплового равновесия? Теплоёмкостью калориметра

пренебречь.

Answer 1

Задачи такого типа решаются методом анализа.

Нужно посчитать на сколько каждому элементу нужно изменить энергию, чтобы перейти в другое состояние и сравнить эти значения.

Лед ⇒ вода:

$Q_1=Lm_i=334*10^3*0.15=50.1 kJ$

Пар ⇒ вода:

$Q_2=rm_w=2.3*10^6*0.02=46 kJ$

Вода от пара охлаждается до 0:

$Q_3=cm_w*(t-0)=4200*100*0.02=8.4 kJ$

Лед нагреется до 0:

$Q_4=c_0m_i(0-t_0)=2100*0.15*20=6.3 kJ$

Вывод:

$Q_1+Q_4>Q_2+Q_3$

То есть, не хватит теплоты пара, чтобы растопить весь лёд.

$Q_2+Q_3=L*m_x+Q_4$

$m_x=\frac{Q_2+Q_3-Q_4}{L};\\m_x=\frac{46+8.4-6.3}{334}= 0.144 kg=144 g$

$m_{i0}=150-144=6 g$

$m_{w0}=144+20=164 g$

Ответ:

Конечная температура равна 0; льда останется 6 г; воды 164 г