В калориметр со льдом массой 100 г и температурой 0°С, впустили 1 кг пара при 100°С. Сколько воды окажется...

Для решения этой задачи нам необходимо учесть изменение теплоты состояния вещества, используя формулу Q = mcΔT, где Q - теплота, m - масса вещества, c - удельная теплоёмкость вещества, ΔT - изменение температуры.

1. Теплота, необходимая для плавления льда: Q1 = m Lf, где Lf - удельная теплота плавления льда, равная 334 Дж/г. Q1 = 100 г 334 Дж/г = 33400 Дж

2. Теплота, необходимая для нагрева пара до температуры кипения: Q2 = m c ΔT, где c - удельная теплоёмкость воды, равная 4,18 Дж/(гС), ΔT = 100°С Q2 = 1 кг 4,18 Дж/(гС) 100°С = 41800 Дж

3. Теплота, необходимая для перевода пара в жидкость (конденсации): Q3 = m Lv, где Lv - удельная теплота парообразования воды, равная 2260 Дж/г. Q3 = 1 кг 2260 Дж/г = 226000 Дж

Таким образом, общая теплота, необходимая для плавления льда, нагрева пара и конденсации его в жидкость: Q = Q1 + Q2 + Q3 = 33400 Дж + 41800 Дж + 226000 Дж = 300200 Дж

С учетом закона сохранения энергии, эту энергию должно поглотить вода в калориметре. Теплоемкость воды равна 4,18 Дж/(гС), поэтому для расчета массы воды в калориметре после того, как весь лед растает, используем формулу: m = Q / (c ΔT) = 300200 Дж / (4,18 Дж/(гС) 100°С) = 7159,81 г

Ответ: После того, как весь лед растает, в калориметре окажется примерно 7,16 кг воды.

Для решения этой задачи необходимо учитывать процессы теплообмена, которые происходят в калориметре. Мы должны рассмотреть три основных этапа: конденсация пара, плавление льда и нагрев полученной воды.

1. Конденсация пара: Параметры: масса пара ( m{\text{пар}} = 1 \, \text{кг} ), температура пара ( t{\text{пар}} = 100^\circ\text{C} ).

   При конденсации пара выделяется тепло, которое можно рассчитать по формуле: [ Q{\text{конденсации}} = m{\text{пар}} \cdot L ] где ( L = 2260 \, \text{кДж/кг} ) — удельная теплота парообразования воды.

   Подставляя значения, получаем: [ Q_{\text{конденсации}} = 1 \cdot 2260 = 2260 \, \text{кДж} ]

2. Плавление льда: Параметры: масса льда ( m_{\text{лёд}} = 0{,}1 \, \text{кг} ).

   Для плавления льда необходимо тепло, которое рассчитывается по формуле: [ Q{\text{плавления}} = m{\text{лёд}} \cdot \lambda ] где ( \lambda = 334 \, \text{кДж/кг} ) — удельная теплота плавления льда.

   Подставляя значения, получаем: [ Q_{\text{плавления}} = 0{,}1 \cdot 334 = 33{,}4 \, \text{кДж} ]

3. Тепловой баланс: После конденсации пара и плавления льда, оставшееся тепло от пара будет использоваться для нагрева образовавшейся воды от плавления льда и конденсации пара.

   Мы видим, что тепло, выделяемое при конденсации пара, значительно превышает тепло, необходимое для плавления льда: [ 2260 \, \text{кДж} > 33{,}4 \, \text{кДж} ]

   Таким образом, весь лед растает, и часть пара сконденсируется в воду.

4. Определение массы воды: После того, как лед растает, в калориметре будет:

   • 0,1 кг воды от растаявшего льда;
   • 1 кг воды от сконденсировавшегося пара.

   Общая масса воды в калориметре составляет: [ m{\text{вода}} = m{\text{лёд}} + m_{\text{пар}} = 0{,}1 + 1 = 1{,}1 \, \text{кг} ]

Таким образом, в калориметре окажется 1,1 кг воды сразу после того, как весь лед растает.