Примем, что процесс — адиабатический.
Для него имеем: Т2/Т1 = (р2/р1)^((γ–1)/γ). (*)
Но из условия задачи имеем: Т2/Т1 = 1.01/1.00; р2/р1 = 0.985/1.00.
Подставляем это в (*): 1.01/1.00 = (0.985/1.00)^((γ–1)/γ). ==> 1.01 = 0.985^((γ–1)/γ). Прологарифмируем: ln(1.01) = ((γ–1)/γ)*ln(0.985).
Получаем: ((γ–1)/γ) = ln(1.01)/ln(0.985) = -0.65836.
Это — линейное уравнение для γ: ((γ–1)/γ) = – 0.65836. Его корень: γ = 0.603.
Но γ = С/(C – R); ==> C/(C – 8.31) = 0.603, откуда: С = –12.6 Дж/(К*моль).
Такая С может быть записана как C = 3R/2 = 3*8.31/2 = 12,5 Дж/(К*моль), что отвечает как раз одноатомному гелию.
Знак минус отражает, возможно, что РЕАЛЬНО газ отдавал в процессе тепло, а не получал его.
Итак, что у нас происходит. Кусок льда, оказавшись в воде, сначала нагревается до температуры плавления, затем тает. При этом вода в сосуде охлаждается. Коль лед не весь растаял, есть основания полагать, что процесс завершился при температуре 0° С. Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁: (1) Тут: с₁ - удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К) m₁ - масса воды 1 кг (1л - 1кг) T₀ - начальная температура воды 10°С T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
Лед принял количество теплоты Q₂ : (2) Где: с₂ - удельная теплоемкость льда 2060 Дж/(кг·К) m₂ - начальная масса льда T₂ - начальная температура льда -20°С T₁ - конечная температура воды и льда 0°С m₃ - масса растаявшего льда. λ - удельная теплота плавления льда 334*10³ Дж/кг При этом: кг (3)
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂ (4) Теперь из 4 выражаем m₂:
Для него имеем: Т2/Т1 = (р2/р1)^((γ–1)/γ). (*)
Но из условия задачи имеем: Т2/Т1 = 1.01/1.00; р2/р1 = 0.985/1.00.
Подставляем это в (*): 1.01/1.00 = (0.985/1.00)^((γ–1)/γ). ==> 1.01 = 0.985^((γ–1)/γ). Прологарифмируем: ln(1.01) = ((γ–1)/γ)*ln(0.985).
Получаем: ((γ–1)/γ) = ln(1.01)/ln(0.985) = -0.65836.
Это — линейное уравнение для γ: ((γ–1)/γ) = – 0.65836. Его корень: γ = 0.603.
Но γ = С/(C – R); ==> C/(C – 8.31) = 0.603, откуда: С = –12.6 Дж/(К*моль).
Такая С может быть записана как C = 3R/2 = 3*8.31/2 = 12,5 Дж/(К*моль), что отвечает как раз одноатомному гелию.
Знак минус отражает, возможно, что РЕАЛЬНО газ отдавал в процессе тепло, а не получал его.
Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁:
Тут:
с₁ - удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К)
m₁ - масса воды 1 кг (1л - 1кг)
T₀ - начальная температура воды 10°С
T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
Лед принял количество теплоты Q₂ :
Где:
с₂ - удельная теплоемкость льда 2060 Дж/(кг·К)
m₂ - начальная масса льда
T₂ - начальная температура льда -20°С
T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
m₃ - масса растаявшего льда.
λ - удельная теплота плавления льда 334*10³ Дж/кг
При этом:
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂
Теперь из 4 выражаем m₂:
Подставляя в (5) числовые значения, получаем:
ответ: Исходная масса льда 0,201 кг=201 г.