Реши задание на изображении
На фото полностью видно упражнение 14. Вот ответы и объяснение.
Кратко
- Нет, в подвале при \(0\,^\circ\text{C}\) лёд таять не будет.
- Да, лёд обладает внутренней энергией. Но у воды при той же массе и температуре внутренняя энергия больше, чем у льда.
- Да, вся вода массой \(100\) г замёрзнет: для этого достаточно \(33\) кДж, а отдаётся \(35\) кДж.
- Больше энергии потребуется для алюминиевой детали — примерно в \(4{,}6\) раза.
Почему так
Чтобы лёд плавился, к нему нужно подводить теплоту. Воздух в подвале тоже имеет температуру \(0\,^\circ\text{C}\), поэтому теплопередачи от воздуха ко льду нет.
Если лёд был холоднее \(0\,^\circ\text{C}\), он сначала нагреется до \(0\,^\circ\text{C}\), но дальше не расплавится.Внутренняя энергия есть у любого тела: молекулы движутся и взаимодействуют друг с другом.
При плавлении льда при \(0\,^\circ\text{C}\) температура не меняется, но вещество получает энергию. Поэтому: \[ U_{\text{воды}} > U_{\text{льда}} \] при одинаковых массе и температуре.Количество теплоты, необходимое для замораживания всей воды: \[ Q=\lambda m \] Для льда \(\lambda \approx 3{,}3\cdot10^5\ \text{Дж/кг}\), \(m=100\ \text{г}=0{,}1\ \text{кг}\): \[ Q=3{,}3\cdot10^5\cdot0{,}1=3{,}3\cdot10^4\ \text{Дж}=33\ \text{кДж} \] Вода отдаёт \(35\) кДж, а \(35>33\), значит, замёрзнет вся вода. Лишние \(2\) кДж пойдут на охлаждение уже образовавшегося льда ниже \(0\,^\circ\text{C}\).
Детали уже нагреты до температур плавления, поэтому учитываем только теплоту плавления: \[ Q=\lambda m \] По школьной таблице: \[ \lambda_{\text{алюминия}}\approx3{,}9\cdot10^5\ \text{Дж/кг}, \quad \lambda_{\text{стали}}\approx0{,}84\cdot10^5\ \text{Дж/кг} \] При \(m=1\) кг: \[ Q_{\text{ал}}=390\ \text{кДж},\qquad Q_{\text{ст}}=84\ \text{кДж} \] \[ \frac{Q_{\text{ал}}}{Q_{\text{ст}}} = \frac{390}{84}\approx4{,}6 \] Значит, алюминиевой детали нужно примерно в \(4{,}6\) раза больше энергии.
