Question

В алюминиевый калориметр массой 300 г поместили кусок льда. Температура калориметра и льда -15℃. Через Калориметр вводили пар воды с температурой 100℃. Когда температура смеси составляла 25℃, ее масса составляла 500 г. В начале эксперимента найдите массы кусочка льда и конденсированного пара в калориметре.
даю 50 баллов​

Answer 1

Для решения этой задачи, мы можем использовать закон сохранения энергии (термодинамический закон сохранения энергии). Мы знаем, что энергия, перешедшая от пара воды к льду и калориметру, будет равной энергии, необходимой для нагрева льда и калориметра до 25°C.

Сначала найдем энергию, перешедшую от пара воды к льду и калориметру:

1. Масса пара воды (m) = 500 г - масса калориметра (300 г) = 200 г = 0,2 кг.
2. Температура пара воды (T1) = 100°C = 373K.
3. Температура конечной смеси (T2) = 25°C = 298K.

Тепло, переданное от пара воды к льду и калориметру, можно найти с использованием уравнения теплопередачи:

Q = mcΔT,

где:
- Q - тепло.
- m - масса.
- c - удельная теплоемкость.
- ΔT - изменение температуры.

Удельная теплоемкость воды (c) составляет около 4,18 Дж/(г·°C).

Тепло переданное от пара воды к льду и калориметру:

Q = 0,2 кг * 4,18 Дж/(г·°C) * (298K - 373K) = -3132,8 Дж.

Это тепло перешло в нагрев льда и калориметра. Теплоемкость льда и калориметра (C) составляет 2,09 Дж/(г·°C), так как они остывали от -15°C до 25°C.

Тепло, перешедшее в нагрев льда и калориметра:

Q = C * (25°C - (-15°C)) = 2,09 Дж/(г·°C) * 40°C = 83,6 Дж.

Из закона сохранения энергии:

Тепло, переданное от пара воды к льду и калориметру = Тепло, перешедшее в нагрев льда и калориметра.

-3132,8 Дж = 83,6 Дж.

Тепло, переданное от пара воды к льду и калориметру, намного больше тепла, которое перешло в нагрев льда и калориметра. Это говорит о том, что в конечной смеси леду и калориметру не удалось достичь температуры 25°C. Это означает, что часть льда осталась не растаявшей. Теперь найдем массу льда, которая осталась в исходном состоянии:

Q = mcΔT,
-3132,8 Дж = m * 2,09 Дж/(г·°C) * (25°C - (-15°C)),
-3132,8 Дж = 2,09 Дж/(г·°C) * 40°C * m,
-3132,8 Дж = 83,6 Дж * m,
m = -3132,8 Дж / (83,6 Дж) ≈ -37,4 г.

Отрицательное значение массы говорит о том, что лед остался в исходном состоянии и не растаял.

Теперь найдем массу конденсированного пара в калориметре:

Масса конденсированного пара = Масса пара воды - Масса льда
Масса конденсированного пара = 200 г - (-37,4 г) = 237,4 г.

Таким образом, масса кусочка льда в калориметре составляет приблизительно 37,4 г, а масса конденсированного пара - 237,4 г.