Для решения задачи найдем массу перееплавленного снега, используя закон сохранения энергии. Мы будем учитывать тепло, которое передает горячая вода снегу, и тепло, необходимое для плавления снега.
Найдём тепло, отданное водой:
Вода массой \( m_2 = 4,0 \) кг при температуре \( t_2 = 55 \)°C будет оказывать тепло в процессе охлаждения до 0°C. Тепло, отданное водой можно вычислить по формуле:
\[ Q_{\text{вода}} = m_2 \cdot c \cdot (t_2 - t_f) \]
где:
- \( Q_{\text{вода}} \) – тепло, отданное водой,
- \( c = 4,2 \) кДж/кг·°C = \( 4200 \) Дж/кг·°C,
- \( t_f = 0 \)°C (конечная температура).
Подставляем значения:
\[ Q_{\text{вода}} = 4,0 \, \text{кг} \cdot 4200 \, \text{Дж/кг·°C} \cdot (55 - 0) \] \[ Q_{\text{вода}} = 4,0 \cdot 4200 \cdot 55 = 924000 \, \text{Дж} \]
Найдём тепло, необходимое для плавления снега:
Для превращения снега в воду потребуется теплотворная энергия, которая вычисляется по формуле:
\[ Q_{\text{снег}} = m_s \cdot L \]
где:
- \( m_s \) – масса перееплавленного снега,
- \( L = 3,3 \times 10^5 \) Дж/кг – удельная теплота плавления снега.
Сравним количество переданного тепла:
При достижении теплового равновесия количество тепла, отданное водой, равно количеству тепла, полученному снегом:
\[ Q_{\text{вода}} = Q_{\text{снег}} \] \[ 924000 \, \text{Дж} = m_s \cdot (3,3 \times 10^5 \, \text{Дж/кг}) \]
Решим уравнение на \( m_s \):
\[ m_s = \frac{924000 \, \text{Дж}}{3,3 \times 10^5 \, \text{Дж/кг}} \approx 2,8 \, \text{кг} \]
Таким образом, масса перееплавленного снега составляет примерно \( 2,8 \) кг.