В калориметр, содержащий кусок льда массой 400г и темпаратурой -50 граудсов впускают 10 г водяного пара при температуре 100 градусов. Какая температура установится в калориметре и каково будет его содержимое после установления теплового равновесия?

Для решения данной задачи воспользуемся законом сохранения энергии.

Сначала найдем количество теплоты, которое необходимо передать льду, чтобы его температура поднялась до 0 градусов: Q1 = m * c * Δt, где m - масса льда, c - удельная теплоемкость льда (2.1 Дж/(г*°C)), Δt - изменение температуры. Q1 = 400 г * 2.1 Дж/(г*°C) * 50 °C = 42000 Дж.

Затем найдем количество теплоты, которое необходимо передать льду, чтобы его плавить: Q2 = m * L, где L - удельная теплота плавления льда (334 Дж/г). Q2 = 400 г * 334 Дж/г = 133600 Дж.

Теперь найдем количество теплоты, которое необходимо отнять у водяного пара, чтобы его температура снизилась до 0 градусов: Q3 = m * c * Δt, где m - масса водяного пара, c - удельная теплоемкость водяного пара (2.0 Дж/(г*°C)), Δt - изменение температуры. Q3 = 10 г * 2.0 Дж/(г*°C) * 100 °C = 2000 Дж.

Теперь найдем общее количество теплоты, которое необходимо передать системе: Q = Q1 + Q2 + Q3 = 42000 Дж + 133600 Дж + 2000 Дж = 177600 Дж.

Теперь найдем изменение внутренней энергии системы: ΔU = Q, где ΔU - изменение внутренней энергии, Q - количество теплоты. ΔU = 177600 Дж.

Так как в системе нет работы, то изменение внутренней энергии равно изменению теплоты: ΔU = m * c * Δt, где m - масса системы (400 г + 10 г = 410 г), c - удельная теплоемкость системы (примем, что удельная теплоемкость смеси льда и водяного пара равна удельной теплоемкости воды - 4.18 Дж/(г*°C)), Δt - изменение температуры. 177600 Дж = 410 г * 4.18 Дж/(г*°C) * Δt, Δt = 177600 Дж / (410 г * 4.18 Дж/(г*°C)) ≈ 107.5 °C.

Таким образом, после установления теплового равновесия температура в калориметре будет около 107.5 градусов Цельсия, а его содержимое будет состоять из воды при температуре около 107.5 градусов Цельсия.