Какой ответ у простой школьной задачи на тепловое равновесие?
В теплоизолированный сосуд поместили 50 г льда при температуре -50°С и 50 г воды при температуре 20°С. Сколько, чего и при какой температуре окажется в сосуде после установления теплового равновесия?
Ответы (1):
Удельная теплоемкость воды при температуре 0,1°С равна 4217 Дж/(кг*град), а при температуре 20°С - 4183 Дж/(кг*град). В интервале 0...20°С, можно принять среднее значение 4200 Дж/(кг*град).
При остывании 50 г воды до 0°С выделится 4200*0,05*20=4200 Дж тепла.
Удельная теплоемкость льда при температуре 0°С равна 2050 Дж/(кг*град), а при температуре -50°С - 1751 Дж/(кг*град). Принимаем среднее значение 1900 Дж/(кг*град). На нагревание 50 г льда до 0°С требуется 1900*0,05*50=4750 Дж тепла. Значит "недостающие" 4750-4200=550 Дж тепла нужно "добрать" за счёт замерзания части воды. Удельная теплота плавления льда равна 335 кДж/кг. Значит замёрзнет 550/335=1,64 г воды. В итоге получится 51,64 г льда и 48,36 г воды при температуре 0°С.