РУҚА
23

Решение: Тепловой баланс льда и воды

ЕГЭ · Физика · Задание 23 · Основы термодинамики
ПовышеннаяФИПИ65677AРазвёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 4 шага
Условие

В теплоизолированный сосуд, в котором находится $1\ \text{кг}$ льда при температуре $-20\ ^\circ\text{C}$, налили $0{,}5\ \text{кг}$ воды при температуре $5\ ^\circ\text{C}$. Определите массу воды в сосуде после установления теплового равновесия. Теплоёмкостью сосуда и потерями тепла пренебречь.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

4 шага
1

Вода охлаждается от $5\ ^\circ\text{C}$ до $0\ ^\circ\text{C}$, а лёд нагревается от $-20\ ^\circ\text{C}$ до $0\ ^\circ\text{C}$. Для компенсации этого количества теплоты замерзает часть воды.

$$Q_\text{получ} = m_\text{л}c_\text{л}(0 - (-20)) + m_\text{в}c_\text{в}(5 - 0)$$
2

Запишем уравнение теплового баланса. Здесь $m$ — масса замёрзшей воды.

$$m\lambda = 1 \cdot 2100 \cdot 20 + 0{,}5 \cdot 4200 \cdot 5$$
3

Найдём массу замёрзшей воды при $λ = 3{,}3 \cdot 10^5\ \text{Дж/кг}$.

$$m = \frac{42000 + 10500}{3{,}3 \cdot 10^5} \approx 0{,}159\ \text{кг}$$

Масса воды после установления равновесия равна исходной массе воды за вычетом замёрзшей части.

$$m_\text{воды} = 0{,}5 - 0{,}159 \approx 0{,}34\ \text{кг}$$
Ответ

Масса воды после установления теплового равновесия составляет примерно $0{,}34\ \text{кг}$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Считать, что вся вода замерзает, не проверив тепловой баланс.

Не учитывать нагревание льда от $-20\ ^\circ\text{C}$ до $0\ ^\circ\text{C}$.

Использовать массу оставшейся воды вместо массы замёрзшей воды при вычислении теплоты кристаллизации.

Закрепить приёмВ теме «Основы термодинамики» ещё 170 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 23 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 4 шага: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Основы термодинамики»: в ней 171 задача, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.