Какая будет конечная температура в калориметре, если в него добавить 0,5 кг воды при температуре 10°С? Какова будет масса льда в калориметре после установления теплового равновесия?
Детальное объяснение:
Разъяснение: В калориметре происходит измерение количества тепла, путем захвата его в специальном контейнере. Для решения данной задачи необходимо использовать закон сохранения энергии. Тепловое равновесие достигается, когда количество тепла, полученное или отданное системой, равно нулю.
Для определения конечной температуры мы можем использовать уравнение:
m1 * c1 * (T1 — T) = m2 * c2 * (T — T2),
где m1 — масса вещества 1,
c1 — удельная теплоемкость вещества 1,
T1 — исходная температура вещества 1,
m2 — масса вещества 2,
c2 — удельная теплоемкость вещества 2,
T2 — исходная температура вещества 2,
T — конечная температура.
В данной задаче, m1 равно массе воды, которая равна 0,5 кг, c1 — удельная теплоемкость воды, равная 4186 Дж/кг°C, T1 равна исходной температуре воды, равной 10°C. m2 равно массе льда, c2 — удельная теплоемкость льда, равная 2100 Дж/кг°C, T2 равна исходной температуре льда, равной 0°C. Неизвестной величиной в уравнении является T, конечная температура.
Решая уравнение, мы найдем конечную температуру, а затем можем использовать ее для определения массы льда в калориметре после установления теплового равновесия.
Пример использования:
Дано:
m1 = 0,5 кг, c1 = 4186 Дж/кг°C, T1 = 10°C, c2 = 2100 Дж/кг°C, T2 = 0°C
Для определения конечной температуры:
m1 * c1 * (T1 — T) = m2 * c2 * (T — T2)
Подставляем известные значения и решаем уравнение для T:
0,5 * 4186 * (10 — T) = m2 * 2100 * (T — 0)
Совет: Обратите внимание на единицы измерения и убедитесь, что они все согласованы, чтобы избежать ошибок в расчетах. При решении задачи всегда старайтесь представлять физический смысл переменных и использовать подходящие единицы измерения для каждой величины.
Упражнение: Какую температуру достигнет вода в калориметре, если в нее добавить 0,3 кг льда массой 25 г, имеющего начальную температуру -20°C? (Удельная теплоемкость воды равна 4186 Дж/кг°C, удельная теплоемкость льда равна 2100 Дж/кг°C)