Через какое время замёрзнет вода массой 4 кг при температуре 0 °C, если скорость отвода тепла составляет 6,6 кДж/мин
Задача про фазовый переход: вода массой 4 кг при 0 °C замёрзнет, если от неё отвести нужное количество тепла, равное скрытой энергии плавления.
Шаги решения:
Ледяная вода при 0 °C замерзает, если от неё отнять латентную теплоту плавления. Латентная теплота плавления воды L_f ≈ 333,55 кДж/кг (округленно можно взять 334 кДж/кг).
Общая энергия, которую нужно отвести, чтобы полностью заморозить 4 кг воды: Q = m · L_f = 4 кг · 333,55 кДж/кг ≈ 1334,2 кДж.
Скорость отвода тепла дана как 6,6 кДж/мин (P = 6,6 кДж/мин).
Время, необходимое для отведения этой энергии: t = Q / P ≈ 1334,2 кДж / 6,6 кДж/мин ≈ 202,1 мин.
Переведём в более привычные единицы:
- В часы: 202,1 мин ≈ 3 ч 22 мин.
- В секунды и Вт: 6,6 кДж/мин = 6600 J / 60 s = 110 Вт. Тогда t ≈ 1 334 200 J / 110 W ≈ 12 128 с ≈ 3 ч 22 мин.
Ответ: приблизительно 202 минуты, то есть около 3 часов 22 минут. Примечание: это время учитывает только плавление; если вода была бы ниже 0 °C, потребовалась бы дополнительная отводка тепла для охлаждения до 0 °C перед плавлением.
