Дано:
- Масса воды, m = 0,5 кг
- Начальная температура воды, T1 = 5 °C
- Конечняя температура льда, T2 = -50 °C
- Удельная теплоемкость воды, c = 4200 Дж/(кг·К)
- Удельная теплота плавления льда, L_f = 334000 Дж/кг
- Удельная теплоемкость льда, c_ice = 2100 Дж/(кг·К)
Найти:
- Общее количество тепла Q, необходимое для превращения воды в лед при -50 °C.
Решение:
Процесс состоит из нескольких этапов:
1. Охлаждение воды с 5 °C до 0 °C.
2. Плавление воды в лед при 0 °C.
3. Охлаждение льда с 0 °C до -50 °C.
Сначала рассчитаем количество тепла, необходимое для охлаждения воды до 0 °C:
Q1 = m * c * (T1 - T2(0))
Q1 = 0,5 кг * 4200 Дж/(кг·К) * (5 °C - 0 °C)
Q1 = 0,5 * 4200 * 5
Q1 = 10500 Дж
Теперь рассчитаем количество тепла, необходимое для превращения воды в лед:
Q2 = m * L_f
Q2 = 0,5 кг * 334000 Дж/кг
Q2 = 167000 Дж
Теперь рассчитаем количество тепла, необходимое для охлаждения льда с 0 °C до -50 °C:
Q3 = m * c_ice * (0 °C - T2)
Q3 = 0,5 кг * 2100 Дж/(кг·К) * (0 °C - (-50 °C))
Q3 = 0,5 * 2100 * 50
Q3 = 52500 Дж
Теперь сложим все значения, чтобы получить общее количество тепла Q:
Q = Q1 + Q2 + Q3
Q = 10500 Дж + 167000 Дж + 52500 Дж
Q = 230000 Дж
Ответ:
Для получения льда с температурой -50 °C из 0,5 кг воды с температурой 5 °C необходимо отнять 230000 Дж тепла.