В калориметр, содержащий 50  г воды при температуре 40^C, опускают кусок льда массой 100  г и температурой -20^C, а затем впускают 10 г водяного пара при температуре 100^C. Какая температура установится в калориметре, и каково будет его содержимое после установления теплового равновесия? Теплоёмкостью калориметра пренебречь.

Для решения данной задачи воспользуемся законом сохранения энергии.

Сначала рассмотрим процесс плавления льда. Для этого вычислим количество теплоты, необходимое для плавления 100 г льда:

Q = m * L, где m - масса льда, L - теплота плавления льда (334 Дж/г).

Q = 100 г * 334 Дж/г = 33400 Дж.

Теперь рассмотрим процесс нагревания воды и пара:

Q1 + Q2 = 0, где Q1 - количество теплоты, переданное от воды к льду, Q2 - количество теплоты, переданное от пара к воде.

Q1 = m1 * c * (T1 - T), где m1 - масса воды, c - удельная теплоемкость воды (4.18 Дж/(г*С)), T1 - начальная температура воды (40^C), T - искомая температура.

Q2 = m2 * L + m2 * c * (T2 - T), где m2 - масса пара, L - теплота плавления льда (334 Дж/г), T2 - начальная температура пара (100^C).

Подставим известные значения:

50 г * 4.18 Дж/(гС) * (40^C - T) + 10 г * (2260 Дж/г + 4.18 Дж/(гС) * (100^C - T)) = 33400 Дж.

Решив это уравнение, найдем значение температуры T. После установления теплового равновесия содержимое калориметра будет состоять из воды, льда и пара при найденной температуре.