Задачи › Количество теплоты, уравнение теплового баланса

Калориметр и сухой лёд

  1. Калориметр и сухой лёд

    Курчатов 2025/26, 9 кл.
    4/10

    В калориметре в состоянии теплового равновесия находятся \(m_1 = 300\text{ г}\) воды и \(m_2 = 100\text{ г}\) алюминиевых опилок при температуре \(t_1 = 40^\circ\text{C}\). Теплоёмкость калориметра \(C_{\text{кал}} = 50\text{ Дж/}^\circ\text{C}\). В калориметр добавили лёд массы \(m_i = 50\text{ г}\) при температуре \(t_i = -10^\circ\text{C}\) и твёрдую углекислоту массы \(m_{\text{уг}}\) при температуре \(t_{\text{уг}} = -78^\circ\text{C}\). Углекислота полностью перешла в газообразное состояние (данное вещество сублимирует — переходит из твёрдого агрегатного состояния сразу в газообразное состояние при нормальном атмосферном давлении), и после установления теплового равновесия покинула систему при температуре \(t_2 = 10^\circ\text{C}\). Найдите начальную массу \(m_{\text{уг}}\) углекислоты. Ответ дайте в килограммах с точностью до сотых.

    Удельная теплоёмкость воды \(c_{\text{в}} = 4{,}2\text{ кДж/(кг}\cdot{}^\circ\text{C)}\), удельная теплоёмкость льда \(c_{\text{л}} = 2{,}1\text{ кДж/(кг}\cdot{}^\circ\text{C)}\), удельная теплоёмкость алюминия \(c_{\text{ал}} = 0{,}90\text{ кДж/(кг}\cdot{}^\circ\text{C)}\), удельная теплоёмкость газообразной углекислоты \(c_{\text{г}} = 0{,}84\text{ кДж/(кг}\cdot{}^\circ\text{C)}\), удельная теплота плавления льда \(\lambda = 0{,}33\text{ МДж/кг}\), удельная теплота перехода углекислоты в газообразное состояние \(\lambda_{\text{уг}} = 0{,}38\text{ МДж/кг}\).

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Составьте уравнение теплового баланса: тепло, отданное водой, алюминием и калориметром при охлаждении до \(t_2\), идёт на нагрев и плавление льда и на сублимацию и нагрев углекислоты.

    Ответ

    \(m_{\text{уг}} \approx 0{,}05\text{ кг}\).

    Решение

    Теплоту отдают вода, алюминий и калориметр при охлаждении до \(t_2\): \[Q_{\text{отд}} = (m_1 c_{\text{в}} + m_2 c_{\text{ал}} + C_{\text{кал}})(t_1 - t_2).\] Теплоту получает лёд для нагрева, плавления и дальнейшего нагрева воды: \[Q_{\text{лёд}} = m_i\left(c_{\text{л}}|t_i| + \lambda + c_{\text{в}} t_2\right).\] Энергия, затраченная на фазовый переход углекислоты и нагрев полученного газа: \[Q_{\text{уг}} = m_{\text{уг}}\left(\lambda_{\text{уг}} + c_{\text{г}}(t_2 - t_{\text{уг}})\right).\] Уравнение теплового баланса \(Q_{\text{отд}} = Q_{\text{лёд}} + Q_{\text{уг}}\) даёт \[m_{\text{уг}} = \frac{(m_1 c_{\text{в}} + m_2 c_{\text{ал}} + C_{\text{кал}})(t_1 - t_2) - m_i\left(c_{\text{л}}|t_i| + \lambda + c_{\text{в}} t_2\right)}{\lambda_{\text{уг}} + c_{\text{г}}(t_2 - t_{\text{уг}})} \approx 0{,}05\text{ кг}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи