89. У чашці знаходилося 500 г льоду при температурі t1 = -5 ° C. У неї вливають 200 г води, що має температуру, t2 = 80 ° C. Яка температура встановиться в чашці? Що в ній знаходиться?
У цьому завданню ми можемо знехтувати теплообміном з навколишнім середовищем і теплоємністю чашки. У завданнях такого типу необхідно проводити проміжні розрахунки і оцінки, так як заздалегідь неможливо передбачити кінцевий стан.
Можуть бути різні кінцеві стану, що залежать від початкових умов (дивись на малюнках).
Енергії, що виділилася при охолодженні води, вистачить на те, щоб лід нагрівся, розплавився, а вийшла з льоду вода нагрілася до деякої температури. В кінцевому стані буде одна стабільна фаза - вода при плюсовій температурі.
Льоду для нагрівання потрібно енергії більше, ніж може виділити прохолоджується вода. Вода охолоджується до нуля, замерзає, а вийшов лід, охолоджується. В кінцевому стані буде лід.
Енергії, що виділилася при охолодженні води, вистачить, щоб лід нагрівся і якась його частина (або весь) розплавиться. В кінцевому стані буде суміш льоду і води (або тільки вода) при 0 ° С.
Визначимо кількість теплоти яке виділить вода, охолоджуючись до 0 ° С
Для нагрівання льоду до 0 ° С. буде потрібно кількість теплоти
Так як Q1> Q2. то частина теплоти, що віддається водою, піде на плавлення льоду. Визначимо кількість розплавленого льоду δm
Енергії, що виділилася при охолодженні води до 0 ° С. вистачить для того щоб нагріти весь лід і частина його (185 г) розплавити. Ми отримали третю ситуацію (дивись малюнок).
Таким чином, в чашці виявилося 185 г + 200 г = 385 г води і 500 г - 185 г = 315 г льоду при температурі 0 ° С.