Для решения этой задачи нужно использовать закон сохранения энергии. Когда пар конденсируется и превращается в воду, он отдает тепло, которое плавит лед и повышает температуру образующейся воды.
Определим количество теплоты, выделяемое паром при конденсации:
Масса пара обозначим как \( m_1 \), его температура 100 °C. При конденсации, пар передает тепло на лаплание конденсации, \( L_{п} \), равное 2260 Дж/кг. Таким образом, тепло, выделяемое паром: \[ Q_{\text{пара}} = m_1 \cdot L_{п} \]Определим количество теплоты, необходимое для плавления льда:
Масса льда \( m_{лед} = 0.1 \, \text{кг} \) (100 г), и тепло, необходимое для его плавления, равно: \[ Q_{\text{лед}} = m_{лед} \cdot L_{пл} \] где \( L_{пл} \) — это теплота плавления, равная 334000 Дж/кг. Тогда: \[ Q_{\text{лед}} = 0.1 \cdot 334000 = 33400 \, \text{Дж} \]Сравним количество теплоты, выделяемое паром, и потребное для плавления льда.
Условие задачи таково: при каком количестве массы пара \( m_1 \) вся теплота, выделенная паром, будет равна теплоте, необходимой для плавления льда. Таким образом, у нас есть: \[ m_1 \cdot 2260000 = 33400 \] Отсюда находим \( m_1 \): \[ m_1 = \frac{33400}{2260000} \approx 0.0148 \, \text{кг} \, (или \, 14.8 \, \text{г}) \]Конечное количество воды в сосуде.
После плавления всего льда у нас получаем 100 г воды от льда (массой 100 г) плюс 14.8 г воды от конденсированного пара. То есть, общее количество воды: \[ m_{\text{вода}} = 100 + 14.8 = 114.8 \, \text{г} \]
Таким образом, после того как весь лед растает, в сосуде окажется приблизительно 114.8 г воды.