Вопрос школьника
Какое количество теплоты необходимо отобрать у 5 кг воды, имеющей температуру 10 °С, чтобы превратить ее в лед с температурой -30 °С?
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо использовать формулу для расчета количества теплоты, необходимой для изменения температуры вещества:
Q = m * c * ΔT,
где Q — количество теплоты, m — масса вещества, c — удельная теплоемкость вещества, ΔT — изменение температуры.
Для расчета количества теплоты, необходимой для превращения воды в лед, необходимо использовать формулу для расчета теплоты смены фазы:
Q = m * L,
где L — удельная теплота смены фазы.
Удельная теплоемкость воды при нормальных условиях составляет 4,18 Дж/(г*°C), а удельная теплота смены фазы воды составляет 334 Дж/г.
Таким образом, для превращения 5 кг воды при температуре 10 °С в лед при температуре -30 °С необходимо:
1. Охладить воду до температуры замерзания (0 °С):
Q1 = m * c * ΔT = 5 кг * 4,18 Дж/(г*°C) * (0 °С — 10 °С) = -2090 кДж.
2. Превратить воду в лед:
Q2 = m * L = 5 кг * 334 Дж/г = 1670 кДж.
3. Охладить лед до температуры -30 °С:
Q3 = m * c * ΔT = 5 кг * 2,03 Дж/(г*°C) * (-30 °С — 0 °С) = -3030 кДж.
Таким образом, общее количество теплоты, необходимое для превращения 5 кг воды при температуре 10 °С в лед при температуре -30 °С, составляет:
Q = Q1 + Q2 + Q3 = -2090 кДж + 1670 кДж — 3030 кДж = -2450 кДж.
Ответ: необходимо отобрать 2450 кДж теплоты.
