Задание 24 ЕГЭ по физике · 104DB0
Равновесие льда и воды
В теплоизолированный сосуд, в котором находится 1 кг льда при температуре – 20 °С, налили 0,2 кг воды при температуре 10 °С. Определите массу льда в сосуде после установления теплового равновесия. Теплоёмкостью сосуда и потерями тепла пренебречь.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
Проверим, может ли вода нагреть весь лёд до температуры плавления. Теплота, необходимая для нагревания льда от −20 °C до 0 °C, равна:
Qл=mлcлΔT=1⋅2100⋅20=42000 Дж
При охлаждении воды от 10 °C до 0 °C выделяется:
Qв=mвcвΔT=0,2⋅4200⋅10=8400 Дж
Так как 8400 Дж<42000 Дж, вода не может нагреть лёд до 0 °C только за счёт охлаждения. Поэтому часть воды замерзает, а выделившаяся теплота нагревает лёд. Равновесная температура равна 0 °C.
Пусть mзам — масса замёрзшей воды. Уравнение теплового баланса:
mлcлΔT=mвcвΔT+mзамλ
Используя λ=3,34⋅105 Дж/кг, найдём массу замёрзшей воды:
mзам=42000−84003,34⋅105≈0,101 кг
После установления равновесия масса льда складывается из первоначальной массы льда и массы замёрзшей воды:
mльда=1+0,101≈1,10 кг
Qл=mлcлΔT=1⋅2100⋅20=42000 Дж
При охлаждении воды от 10 °C до 0 °C выделяется:
Qв=mвcвΔT=0,2⋅4200⋅10=8400 Дж
Так как 8400 Дж<42000 Дж, вода не может нагреть лёд до 0 °C только за счёт охлаждения. Поэтому часть воды замерзает, а выделившаяся теплота нагревает лёд. Равновесная температура равна 0 °C.
Пусть mзам — масса замёрзшей воды. Уравнение теплового баланса:
mлcлΔT=mвcвΔT+mзамλ
Используя λ=3,34⋅105 Дж/кг, найдём массу замёрзшей воды:
mзам=42000−84003,34⋅105≈0,101 кг
После установления равновесия масса льда складывается из первоначальной массы льда и массы замёрзшей воды:
mльда=1+0,101≈1,10 кг
Пример ответа
Масса льда после установления теплового равновесия равна примерно 1,10 кг.
Источник: Открытый банк ФИПИ 104DB0
Похожие задания
24Три одинаковых сосуда, содержащих разреженный газ, соединены друг с другом трубками малого диаметра: первый…Изменение количества газа · 003B5124Закрытый сверху вертикальный цилиндрический сосуд, заполненный воздухом, разделён тяжёлым поршнем, способным…Количество удалённого воздуха · 05A6DD24В запаянной с одного конца трубке находится влажный воздух, отделённый от атмосферы столбиком ртути длиной l…Тепловой баланс и тепловое равновесие · 060CB224Два одинаковых теплоизолированных сосуда соединены короткой трубкой с краном. В первом сосуде находится ν1 =2…Равновесие двух газов · 075E8424Закрытый вертикальный цилиндрический сосуд, заполненный идеальным газом, разделён на две части тяжёлым…Газ под поршнем: механическое равновесие · 0EEB9424В запаянной с одного конца стеклянной трубке, расположенной горизонтально, находится столбик воздуха длиной…Воздушный столбик и ртуть · 0F5292
Нужен репетитор по физике?
Посмотрите репетиторов, которые ведут занятия в Precettore, или оставьте заявку — подберём сами.
Готовьтесь к ЕГЭ по физике в Precettore
Варианты с автопроверкой, домашние задания от репетитора, онлайн-доска и разбор ошибок — в одном кабинете. Регистрация бесплатная.