Задание 23

Расчётная задача по молекулярной физике или электродинамике · 56 заданий

Задание №23
№23
По двум горизонтальным параллельным проводящим рельсам с пренебрежимо малым сопротивлением, замкнутым на последовательно соединённые резистор с сопрот…
Закон Ома для участка цепи
Задание №23
№23
В стакан калориметра, содержащий 250 г воды, опустили кусок льда массой 140 г, имевшего температуру 0°С. После того как наступило тепловое равновеси…
Уравнение теплового баланса
Задание №23
№23
На металл падает поток фотонов с длиной волны в 3 раза меньше «красной границы» фотоэффекта. Во сколько раз уменьшится максимальная кинетическая энерг…
Расчётная задача: МКТ/электродинамика
Задание №23
№23
Кусок льда опустили в термос, содержащий воду при температуре 50°С. Начальная температура льда 0°С. При переходе к тепловому равновесию часть льда мас…
Уравнение теплового баланса
Задание №23
№23
Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от друга. Напряжение на пластинах конденсато…
Потенциальность электростатического поля
Задание №23
№23
В тонкой рассеивающей линзе получено уменьшенное в 4 раза изображение предмета. Определите модуль фокусного расстояния линзы, если изображение предмет…
Формула тонкой линзы
Задание №23
№23
В калориметре находятся в тепловом равновесии 50 г воды и 5 г льда. Какой должна быть минимальная удельная теплоёмкость материала болта, имеющего масс…
Изменение агрегатных состояний вещества: плавление и…
Задание №23
№23
На дифракционную решётку, имеющую 500 штрихов на 1 мм, перпендикулярно её поверхности падает узкий луч монохроматического света частотой 5 · 10¹⁴ Гц.…
Дифракция света
Задание №23
№23
На дифракционную решётку, имеющую 300 штрихов на 1 мм, перпендикулярно её поверхности падает узкий луч монохроматического света частотой 5,6 · 10¹⁴ Гц…
Дифракция света
Задание №23
№23
На металл падает поток фотонов с частотой в 3,5 раза больше «красной границы» фотоэффекта. Во сколько раз увеличится максимальная кинетическая энергия…
Расчётная задача: МКТ/электродинамика
Задание №23
№23
В калориметре находятся в тепловом равновесии 50 г воды и 5 г льда. Какой должна быть минимальная масса болта, имеющего температуру 339 К, чтобы после…
Уравнение теплового баланса
Задание №23
№23
Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от друга. Напряжение на пластинах конденсато…
Потенциальность электростатического поля

Задание №23 — Количество теплоты. Фазовые переходы

Кусок льда, имеющий температуру 0 °С, помещён в калориметр с электронагревателем. Чтобы превратить этот лёд в воду температурой 16 °С, требуется количество теплоты 80 кДж. Какая температура установится внутри калориметра, если лёд получит от нагревателя количество теплоты 60 кДж? Теплоёмкостью калориметра и теплообменом с внешней средой пренебречь.

Ваше решениедо 2 баллов

Запишите решение задачи...

Решение

Условие: $t_{1} = 0$ °С; $t_{2} = 16$ °С; $Q_{1} = 80 кДж$ ; $Q_{2} = 60 кДж$ ; $\lambda = 330 кДж / кг$ ; c = 4,2 кДж/кг · °С

Определить: $t_{3} - ?$

Ход решения:
$Q_{3} = \lambda m ( 1 ) ,$ здесь $Q_{3}$ обозначает энергию, необходимую для перехода льда в жидкое состояние.
$Q_{4} = cm ( t_{2} - t_{1} ) ( 2 )$
$Q_{5} = cm ( t_{3} - t_{1} ) ( 3 )$
$Q_{1} = Q_{3} + Q_{4} ( 4 )$

Используя выражения (1) и (2), перепишем формулу (4):
$Q_{1} = \lambda m + cm ( t_{2} - t_{1} ) ( 5 )$
$Q_{1} = m ( \lambda + c ( t_{2} - t_{1} ) ) ( 6 )$
$m = \frac{Q_{1}}{\lambda + c ( t_{2} - t_{1} )} ( 7 )$

Теперь подставим полученный результат (7) в уравнение (1):
$Q_{3} = \lambda \left(\frac{Q_{1}}{\lambda + c ( t_{2} - t_{1} )}\right) ( 8 )$
$Q_{3} = 330 \left(\frac{80}{330 + 4{,}2 \cdot 16}\right) = 66{,}5 кДж$
$Q_{3} > Q_{2} ,$ Из расчёта видно, что 60 кДж недостаточно для полного расплавления ледяной массы.
$t_{3} = 0$

Ответ: $t_{3} = 0$

Источник: ФИПИ