Тема . №24 МКТ. Термодинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)

.05 Задания СтатГрада

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №24 мкт. термодинамика (расчетная задача высокого уровня сложности)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#120413

Из опытов по изучению процессов изменения агрегатного состояния воды известно, что если в ней нет примесей, являющихся центрами парообразования (при кипении) или кристаллизации (при замерзании), то такие процессы могут начинаться при температурах, довольно сильно отличающихся от их табличных значений. При этом сами процессы, начавшись, происходят довольно бурно. Представим себе, что в теплоизолированном сосуде с неподвижной чистой холодной водой массой m = 10  кг при нормальном атмосферном давлении температура опустилась до –10 °С, но кристаллизация ещё не произошла. После резкой встряски или добавления в воду малого числа частиц мелкодисперсного порошка начинает образовываться лёд, а температура в сосуде растёт и в конце процесса достигает нормального значения 0 °С. Какая масса воды в результате превратится в лёд?

Источники: Статград 20.10.2022 Физика 1

Показать ответ и решение

При образовании льда из переохлаждённой воды выделяется теплота кристаллизации, которая расходуется на нагреване воды и льда от –10 до 0 °С.
Масса образующегося льда mл  зависит от степени переохлаждения воды. При сильном переохлаждении вся вода может превратиться в лёд, в ином случае появляется смесь воды и льда при 0 °С.
Рассчитаем количество теплоты, которое может выделиться при кристаллизации

                    5        6
Qкрис = mλ = 10⋅3,3 ⋅10 =3,3⋅10 Д ж,

где λ =3,3⋅105 Д-ж
           кг  - удельная теплота плавления льда.
Рассчитаем какое количество теплоты требуется для нагревания массы льда m л  и воды m − mл  от –10 до 0 °С

                                                                           5
Qнагр = cлm лΔt+ cв(m − mл)Δt =Δt ⋅(cвm − (cв− cл)mл)< cвmΔt = 4200⋅10⋅10 =4,2⋅10 Д ж,

где        --Дж--
c= 4200кг⋅ ∘C  - удельная теплоемкость воды;
c =2100--Дж∘-
       кг ⋅ C  - удельная теплоемкость льда.
Следовательно, вся вода не может нагреться до 0 °С и потом кристаллизоваться. Поэтому часть вещества будет в кристаллическом состоянии, а другая часть в жидком. Тогда уравнение теплового баланса будет выглядеть следующим образом

m лλ= Δt⋅(cвm − (cв− cл)m л),

         mcвΔt         10⋅4200⋅10
m л = λ-+-(cв−-cл)Δt = 3,3⋅105+-2100-⋅10-≈ 1,2 кг.
Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!