Для того чтобы ответить на этот вопрос, нужно понять процесс, который происходит в морозильной камере. Вода при температуре 0°C замерзает, превращаясь в лёд, и при этом выделяется определённое количество теплоты.
Дано:
- Масса воды ( m = 20 ) кг
- Температура воды ( T = 0 )°C
- Время ( t = 1 ) час ( = 3600 ) секунд
- Мощность морозильной камеры ( P = 100 ) Вт
- Теплота плавления льда ( \lambda = 330 ) кДж/кг ( = 330 \times 10^3 ) Дж/кг
- Рассчитаем количество теплоты, необходимое для замерзания 20 кг воды.
Количество теплоты, необходимое для плавления или замерзания, можно рассчитать по формуле:
[ Q = m \lambda ]
Подставим известные значения:
[ Q = 20 \, \text{кг} \times 330 \times 10^3 \, \text{Дж/кг} = 6600 \times 10^3 \, \text{Дж} = 6.6 \times 10^6 \, \text{Дж} ]
Таким образом, для замерзания 20 кг воды при 0°C выделяется ( 6.6 \times 10^6 ) Дж теплоты.
- Проверим, сколько теплоты выделяет морозильная камера за 1 час.
Мощность морозильной камеры ( P = 100 ) Вт означает, что она потребляет 100 Дж энергии в секунду. За время ( t = 3600 ) секунд она потребит:
[ E = P \times t = 100 \, \text{Вт} \times 3600 \, \text{с} = 360000 \, \text{Дж} = 3.6 \times 10^5 \, \text{Дж} ]
Морозильная камера потребляет 360000 Дж энергии за 1 час. Однако это не та энергия, которая выделяется при замерзании воды. Потребляемая энергия используется для работы компрессора и других компонентов системы охлаждения.
- Количество теплоты, выделяющееся в окружающую среду.
Мы уже выяснили, что для замерзания воды выделяется ( 6.6 \times 10^6 ) Дж теплоты. Эта теплота передается в окружающую среду через теплообменник морозильной камеры.
Таким образом, количество теплоты, выделившееся в окружающую среду за 1 час, составляет ( 6.6 \times 10^6 ) Дж.