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:
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.
16%
Объяснение:
КПД плитки: η=A(п)/A(з) ·100%
Полезная работа:
A(п)=Q=c₁m₁(t-t₁)+λm₁+c₂m₁(t₂-t)+Lm₂=m₁(c₁(t-t₁)+λ+c₂(t₂-t))+Lm₂
Q - количество теплоты нагревания и плавления льда, нагревания и парообразования воды;
m₁ - масса льда 381 г = 0,381 кг;
t - температура плавления льда 0°C;
t₁ - температура льда;
t₂ - температура кипения воды 100°С;
m₂ - масса пара 65 г = 0,065 кг.
A(п)=0,381(2100·(0+20)+330000+4200(100-0))+2260000·0,065=301752+146900=448652 Дж
Затраченная работа:
A(з)=NT
N - мощность электроплитки;
T - время нагревания 42 мин = 2520 с.
A(з)=1108·2520=2792160 Дж
η=448652/2792160 ·100%≈16%