Сколько водяного пара, температура которого 100 С, надо ввести в латунный калориметр массой 100г, в...

Для решения этой задачи необходимо использовать закон сохранения энергии. При смешивании водяного пара с снегом происходит теплообмен между ними. Уравнение теплового баланса можно записать следующим образом:

m1c1(T1 - T3) = m2L + m2c2*(T3 - T2),

где m1 - масса водяного пара, c1 - удельная теплоемкость водяного пара, T1 - температура водяного пара, T3 - температура равновесия, m2 - масса снега, L - удельная теплота плавления снега, c2 - удельная теплоемкость снега, T2 - начальная температура снега.

Подставляя известные значения и учитывая, что в процессе плавления тепло образуется:

m1(2260 - 20) = 150334 + 1502.1(-20 - (-20)), m1*2240 = 50100, m1 = 22.37 г.

Таким образом, чтобы растаять весь снег массой 150 г, необходимо ввести 22.37 г водяного пара при температуре 100°С.

Для того чтобы все снег растаял, необходимо ввести 40 г водяного пара.

Для того чтобы решить эту задачу, необходимо учесть несколько этапов теплового обмена:

1. Нагревание снега от -20°C до 0°C.
2. Плавление снега при 0°C.
3. Нагревание калориметра до 0°C.
4. Конденсация водяного пара при 100°C.
5. Остывание образовавшейся воды до 0°C.

Давайте разберем каждый этап:

1. Нагревание снега (льда) от -20°C до 0°C: [ Q1 = m{\text{снег}} \cdot c{\text{лед}} \cdot \Delta T ] где ( m{\text{снег}} = 150 \text{ г} = 0.15 \text{ кг} ), ( c_{\text{лед}} = 2.1 \text{ кДж/кг} \cdot \text{°C} = 2100 \text{ Дж/кг} \cdot \text{°C} ), ( \Delta T = 0 - (-20) = 20 \text{°C} ).

   Подставляем значения: [ Q_1 = 0.15 \cdot 2100 \cdot 20 = 6300 \text{ Дж} ]

2. Плавление льда при 0°C: [ Q2 = m{\text{снег}} \cdot \lambda{\text{плавл}} ] где ( \lambda{\text{плавл}} = 334 \text{ кДж/кг} = 334000 \text{ Дж/кг} ).

   Подставляем значения: [ Q_2 = 0.15 \cdot 334000 = 50100 \text{ Дж} ]

3. Нагревание калориметра до 0°C: [ Q3 = m{\text{калор}} \cdot c{\text{латунь}} \cdot \Delta T ] где ( m{\text{калор}} = 100 \text{ г} = 0.1 \text{ кг} ), ( c_{\text{латунь}} = 0.38 \text{ кДж/кг} \cdot \text{°C} = 380 \text{ Дж/кг} \cdot \text{°C} ), ( \Delta T = 0 - (-20) = 20 \text{°C} ).

   Подставляем значения: [ Q_3 = 0.1 \cdot 380 \cdot 20 = 760 \text{ Дж} ]

4. Конденсация водяного пара при 100°C: [ Q4 = m{\text{пар}} \cdot r ] где ( r = 2256 \text{ кДж/кг} = 2256000 \text{ Дж/кг} ).

5. Остывание образовавшейся воды до 0°C: [ Q5 = m{\text{пар}} \cdot c{\text{вода}} \cdot \Delta T ] где ( c{\text{вода}} = 4.18 \text{ кДж/кг} \cdot \text{°C} = 4180 \text{ Дж/кг} \cdot \text{°C} ), ( \Delta T = 100 \text{°C} ).

   Подставляем значения: [ Q5 = m{\text{пар}} \cdot 4180 \cdot 100 = 418000 \cdot m_{\text{пар}} \text{ Дж} ]

Суммарное количество тепла, необходимое для нагревания снега, плавления льда и нагревания калориметра: [ Q_{\text{необх}} = Q_1 + Q_2 + Q_3 = 6300 + 50100 + 760 = 57160 \text{ Дж} ]

Количество тепла, выделяемое при конденсации и охлаждении водяного пара: [ Q_{\text{выдел}} = Q_4 + Q5 = m{\text{пар}} \cdot 2256000 + 418000 \cdot m{\text{пар}} = m{\text{пар}} \cdot (2256000 + 418000) = m_{\text{пар}} \cdot 2674000 \text{ Дж} ]

Для того чтобы весь снег растаял, количество выделенного тепла должно быть равно количеству необходимого тепла: [ m_{\text{пар}} \cdot 2674000 = 57160 ]

Отсюда масса водяного пара: [ m_{\text{пар}} = \frac{57160}{2674000} \approx 0.0214 \text{ кг} = 21.4 \text{ г} ]

Таким образом, необходимо ввести примерно 21.4 грамма водяного пара при температуре 100°C, чтобы весь снег массой 150 г при температуре -20°C растаял в латунном калориметре массой 100 г.