В калориметр, содержащий 100 г льда при температуре –15 °С, впускают 50 г водяного пара при температуре +100 °С. Что будет находиться в калориметре после установления в нём теплового равновесия? Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг∙°С), удельная теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг∙°С), удельная теплота плавления льда 330 кДж/кг, удельная теплота парообразования воды 2,3 МДж/кг. Теплоёмкостью калориметра и потерями теплоты пренебречь

Для решения данной задачи воспользуемся законом сохранения энергии.

Сначала рассчитаем количество теплоты, которое необходимо передать льду для его нагревания до 0 °C и плавления:

Q1 = m1 * c1 * ΔT1 + m1 * L1, где m1 = 100 г - масса льда, c1 = 2100 Дж/(кг∙°С) - удельная теплоемкость льда, ΔT1 = 0 - (-15) = 15 °C - изменение температуры льда, L1 = 330 кДж/кг = 330000 Дж/кг - удельная теплота плавления льда.

Q1 = 0.1 кг * 2100 Дж/(кг∙°С) * 15 °C + 0.1 кг * 330000 Дж/кг = 3150 Дж + 33000 Дж = 36150 Дж.

Теперь рассчитаем количество теплоты, которое необходимо передать водяному пару для его охлаждения до 0 °C и конденсации:

Q2 = m2 * c2 * ΔT2 + m2 * L2, где m2 = 50 г - масса водяного пара, c2 = 4200 Дж/(кг∙°С) - удельная теплоемкость воды, ΔT2 = 0 - 100 = -100 °C - изменение температуры водяного пара, L2 = 2,3 МДж/кг = 2300000 Дж/кг - удельная теплота парообразования воды.

Q2 = 0.05 кг * 4200 Дж/(кг∙°С) * (-100) °C + 0.05 кг * 2300000 Дж/кг = -21000 Дж + 115000 Дж = 94000 Дж.

Теперь найдем, сколько теплоты будет выделяться при охлаждении и конденсации:

Q = min(Q1, Q2) = min(36150 Дж, 94000 Дж) = 36150 Дж.

Таким образом, после установления теплового равновесия в калориметре останется 100 г воды при температуре 0 °C.