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

Для решения задачи воспользуемся законом сохранения энергии:

Масса воды, m1 = 50 г Температура воды, T1 = 40 °C Масса льда, m2 = 100 г Температура льда, T2 = -20 °C Масса водяного пара, m3 = 10 г Температура водяного пара, T3 = 100 °C Температура установившегося состояния, T

Пусть T - температура установившегося состояния. Тогда суммарное количество теплоты, полученное и отданное системе, равно нулю:

m1 * c * (T - T1) + m2 * L + m3 * c * (T - T3) = 0

где c - удельная теплоемкость воды, L - удельная теплота плавления льда.

Подставляем известные значения:

50 * 1 * (T - 40) + 100 * 334 + 10 * 1 * (T - 100) = 0 50T - 2000 + 33400 + 10T - 1000 = 0 60T + 30400 = 0 60T = -30400 T = -506.67 °C

Таким образом, установившаяся температура составит -506.67 °C. После установления теплового равновесия в калориметре останется вода и лед, так как весь водяной пар конденсируется и остывает до температуры льда.