Сколько граммов воды будет в калориметре после того, как установится тепловое равновесие, если в калориметр

Описание: Калориметр — это прибор, используемый для измерения количества теплоты, поглощаемого или выделяемого во время физического или химического процесса. Для решения этой задачи, мы будем использовать закон сохранения энергии, который гласит, что полная энергия системы остается постоянной.

Сначала определяем количество теплоты, которое теряет лёд, чтобы нагреться до 0 °C. Для этого мы используем формулу:

Q = m * c * ΔT

где Q — количество теплоты, m — масса вещества, c — удельная теплоемкость, ΔT — изменение температуры.

Для льда, статической удельной теплоемкостью (c) равна 2.093 Дж/г·°C и ΔT = 20 °C (расстояние от -20 °C до 0 °C). Поэтому:

Qлёд = 100 г * 2.093 Дж/г·°C * 20 °C = 4186 Дж.

Теперь, учитывая, что весь тепловой поток от льда переходит в воду, мы можем использовать эту теплоту для нагрева 50 г воды от 0 °C до t °C, где t — конечная температура системы после установления теплового равновесия.

Qводa = m * c * ΔT = 50 г * 4.18 Дж/г·°C * (t — 0) = 209 Дж * t.

Теперь можно установить уравнение:

Qлёд = Qводa + Qпар

4186 Дж = 209 Дж * t + Qпар.

Qпар — количество теплоты, переданное пару при его конденсации. Qпар можно рассчитать с использованием формулы:

Qпар = m * L,

где L — удельная теплота парообразования, равная 2260 Дж/г.

Qпар = 10 г * 2260 Дж/г = 22600 Дж.

Теперь мы можем решить уравнение:

4186 Дж = 209 Дж * t + 22600 Дж.

209 * t = -18414 Дж

t = -88.1 °C.

Так как это невозможно, конечная температура системы будет 0 °C после установления теплового равновесия. Тогда мы можем использовать уравнение:

Qлёд = Qводa

4186 Дж = 209 Дж * t.

t = 4186 Дж / 209 Дж = 20°C.

Следовательно, количество воды в калориметре после установления теплового равновесия будет 50 г (изначальное количество воды) + 10 г (водяной пар) = 60 г.

Пример использования:
Каково количество воды в калориметре после установления теплового равновесия, если изначально в нём содержалось 50 г воды при 40 °C, а затем впустили 10 г водяного пара при 100 °C?

Совет:
Чтобы лучше понять этот материал, важно знать удельную теплоемкость и удельную теплоту парообразования различных веществ, а также уметь применять закон сохранения энергии. Постарайтесь запомнить формулы и их значения, чтобы в дальнейшем применять их при решении задач подобного типа.

Практика:
Если в калориметр, содержащий 100 г воды при 90 °C, опустить кусок льда массой 50 г и температурой -10 °C, а затем впустить 20 г водяного пара при 120 °C, какое количество воды будет в калориметре после установления теплового равновесия?