У чавунну каструлю масою 4,7 кг налили воду масою 1,9 кг. Яку кількість теплоти треба передати каструлі з водою для зміни їх температури від 12,2 ℃ до 51,4 ℃?
(питома теплоємність чавуну с= 540 Дж/(кг∙℃), питома теплоємність води с= 4200 Дж/(кг∙℃)).

W ≅ 8*10^(-7) Дж

Объяснение:

Энергия заряженного конденсатора:

W=CU^2/2; здесь

C - емкость конденсатора, Ф

U - напряжение, до которого заряжен конденсатор, В

Емкость плоского конденсатора:

C=εε₀S/d; здесь

ε₀≅8.85*10^(-12) Ф/м - электрическая постоянная;

ε≅1 - диэлектрическая проницаемость воздуха;

S - площадь пластины конденсатора, кв.м

d - расстояние между пластинами, м

W=ε*ε₀*S*U^2/(2*d)

Переведем необходимые величины в систему СИ:

S=80 кв.см=80*10(-4) кв.м=8*10(-3) кв.м

d=1 мм=0.001 м=10^(-3) м

W=1*8.85*10^(-12)*8*10(-3)*150^2/(2*10^(-3))=796500*10^(-12)≅8*10^(-7) Дж

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:


(5)
 
Подставляя в (5) числовые значения, получаем:
кг
 
ответ: Исходная масса льда 0,201 кг=201 г.