Какой объем воды в пробирке, охлажденной до температуры -7 °С, замерзнет после встряхивания пробирки?
Подробный ответ:
Объяснение: Чтобы решить эту задачу, нам понадобится использовать закон сохранения энергии. Когда пробирка с водой встряхивается, энергия внутри системы распределяется между водой и окружающей средой. Чтобы вода замерзла, ей нужно потерять достаточно энергии чтобы ее температура достигла температуры замерзания.
Сначала мы найдем количество теплоты, которое необходимо извлечь из воды, чтобы она замерзла. Для этого мы используем формулу Q = m * c * ΔT, где Q — количество теплоты, m — масса воды, c — удельная теплоемкость воды, ΔT — изменение температуры.
Когда вода замерзнет, она превратится в лед, а температура льда будет оставаться постоянной на протяжении процесса замерзания. Пусть температура замерзания воды составляет 0 °С. Таким образом, ΔT будет равно разности между начальной температурой и температурой замерзания (-7 °С — 0 °С = -7 °С).
Затем, мы можем использовать известное значение удельной теплоемкости воды (около 4,18 Дж/(г·°С)) и массу воды (которую нужно найти) для расчета количества теплоты.
Итак, формула Q = m * c * ΔT превращается в:
Q = m * 4,18 * -7.
Мы знаем, что Q (количество теплоты) равно количеству утраченной энергии при замерзании воды, поэтому мы можем приравнять его нулю:
0 = m * 4,18 * -7.
Решая это уравнение относительно m, мы найдем массу воды, которая замерзнет.
Пример использования: Сколько воды, охлажденной до -7 °C, замерзнет после встряхивания, если удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж/(г·°С)?
Совет: Обратите внимание, что мы использовали отрицательное значение изменения температуры, чтобы учесть, что вода охладилась. Также учтите, что это упрощенная модель, так как мы не учитываем все факторы, такие как давление и примеси в воде.
Упражнение: При какой начальной температуре вода будет замерзать после встряхивания, если масса воды равна 50 г и удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж/(г·°С)?