.03 Тепловые явления

Уровень воды — 3
1) Так как плотность льда меньше плотности воды, то лед будет плавать на ее поверхности. По условию плавания тел, в этом случае сила тяжести уравновешивается силой Архимеда:

где — масса льда, — ускорение свободного падения, — плотность воды, — объём воды, вытесненной льдом.
После того как лёд растает, он займёт объём:

Сравнив (1) и (2), можно заметить, что объём воды, вытесняемой льдом до таяния, равен объёму, который займет лед после таяния. То есть суммарный объём вещества не изменится. Следовательно, уровень воды в калориметре также не изменится.

Суммарная внутренняя энергия — 3
2) Из первого начала термодинамики следует, что изменение внутренней энергии системы зависит от количества теплоты и работы, совершенной над системой:

где — количество теплоты, полученное системой, — работа, совершенная над системой, — изменение внутренней энергии системы.
Данную систему можно считать изолированной (из-за калориметра), то есть она не взаимодействует с окружающей средой. Следовательно, количество теплоты равно нулю.
Также над системой не совершается работы, то есть .
Таким образом, изменение внутренней энергии системы равно нулю. Следовательно, она постоянна.