Встакане находится горячий напиток. его масса m и температура 100℃. напиток по следующей методике. в него опускают кусочек льда массой м/9 при 0℃. после наступления теплового равновесия избыток напитка, который образовался при таянии льда, сливают (масса напитка опять становится равной m ). плотность воды и напитка 1 г/см3, удельная теплоемкость воды и напитка 4200 дж/(кг ∙℃), удельная теплота плавления льда 336 кдж/кг. теплообменом с окружающей средой пренебречь.
1) найдите минимальное количество кусочков льда необходимых для понижения температуры напитка ниже 30℃.
2) определите концентрацию напитка после его охлаждения. первоначальную концентрацию напитка считайте равной 1. ответ округлите до десятых.
Объяснение:
1.
а)
Работа:
A = p₂·(V₂ - V₁) = 3·10⁵·(4 - 2)·10⁻² = 6 000 Дж или 6 кДж
б)
ΔU = Q - A = 8 - 6 = 2 кДЖ
в)
Из формулы:
ΔU = (i/2)·v·R·ΔT
находим изменение температуры.
Учтем, что газ одноатомный (i=3) и v = 0,8 моль:
2000 = (3/2)·0,8·8,83·ΔT
2000 ≈ 10,6·ΔT
ΔT = 2000 / 10,6 ≈ 190 K
2.
а)
Охлаждаем воду:
Q₁ = c·m (t₂ - t₁) = 4200·0,2· (20-0) = 16 800 Дж
Вода кристаллизуется:
Q₂ = λ·m = 3,3·10⁵·0,2 = 66 000 Дж
Лед остывает:
Q₃ = c₃·m·(t₁ - t₃) = 2100·0,2·(0 - (-5)) = 2 100 Дж
Всего выделится:
Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ = 16 800 + 66 000 + 2 100 ≈ 85 кДж
б)
Холодильник потребляет:
Q₄ = Q / η = 85 000 / 0,1 = 850 000 Дж
Время на получение льда:
t = Q₄ / P = 850 000 / 60 ≈ 4 часа
3.
T₁ = 273 + 227 = 500 K
T₂ = 273 + 47 = 320 К
а)
КПД = (T₁ - T₂) / T₁ = (500 - 320) / 500 = 0,36 или 36%
б)
КПД = A / Q₁
A = КПД·Q₁ = 0,36·1,5 = 540 ДЖ
в)
m = A / q = 540 / 30 000 000 = 18 мг