Задачи › Количество теплоты, уравнение теплового баланса

Льдинка со стальным шариком в калориметре

  1. Льдинка со стальным шариком в калориметре

    «Шаг в будущее» 2016/17, 9 кл.
    5/10

    В калориметр, содержащий \(2\) кг воды при температуре \(20\) ºC, бросили кусок льда массой \(1\) кг, в центре которого вморожен стальной шарик массой \(50\) г. Температура льда \(0\) ºC. Утонет ли стальной шарик после установления теплового равновесия? Плотность льда \(900\) кг/м\(^3\), плотность воды \(1000\) кг/м\(^3\), плотность стали \(7800\) кг/м\(^3\).

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Сначала выясните, растает ли весь лёд, используя уравнение теплового баланса. Затем сравните среднюю плотность оставшейся льдинки со шариком с плотностью воды.

    Ответ

    Льдинка не утонет.

    Решение

    Для ответа на заданный вопрос нужно решить, какова средняя плотность льда и шарика после установления теплового равновесия. Уравнение теплового баланса запишем из условия, что лёд растает не весь лёд: \[m_в c_в (t_в - \theta) = \Delta m_л\,\lambda.\] Тогда \[\Delta m_л = \frac{m_в c_в (t_в - \theta)}{\lambda} \approx 0{,}51~\text{кг}.\] Этот расчёт подтверждает наше предположение о том, что растаял не весь лёд.

    Условие плавания оставшейся льдинки: \[(m_л - \Delta m_л) + m_с = \rho_в\left(\frac{\Delta m_л}{\rho_л} + \frac{m_с}{\rho_с}\right).\] Проведя вычисления, получим, что льдинка не утонет.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи