Новая Школа - онлайн-школа подготовки к ЕГЭ
Задача Задача №3782038
А
Аноним
2 дня назад · публичный вопрос
А
Аноним

В калориметре (теплоёмкость пренебречь) находится лёд массой m=(0,5+0,05n) кг при температуре t1=-(10+n)°C.

Запрос пользователя

Реши

Ответ нейросети
2 дня назад

Кратко: \(n\) — это номер варианта, поэтому без его значения получится общая формула. Беру стандартные данные:
\(c_i=2100\) Дж/(кг·°C) — лёд, \(c_w=4200\) Дж/(кг·°C) — вода, \(\lambda=3{,}3\cdot10^5\) Дж/кг.

\[ m=0{,}05(n+10)\ \text{кг},\qquad M=0{,}10(n+10)=2m. \]

Ответ в общем виде

1. Если \(n>\frac{50}{49}\approx1{,}02\)

Для целых номеров вариантов это \(n\ge2\). Тепла хватает, чтобы лёд полностью растаял.

\[ T=\frac{49n-50}{42}\;^\circ\mathrm{C} \]

То есть:

  • температура \(T\);
  • льда \(0\) кг;
  • воды \[ m+M=0{,}15(n+10)=1{,}5+0{,}15n\ \text{кг}. \]

Например, при \(n=2\): \[ T=\frac{98-50}{42}=1{,}14^\circ\mathrm{C}, \] воды \(1{,}8\) кг, льда нет.

2. Если \(n<\frac{50}{49}\)

Для целых номеров это \(n=1\) (а также \(n=0\), если такой вариант возможен). Лёд не успевает растаять полностью, поэтому конечная температура:

\[ T=0^\circ\mathrm{C}. \]

Масса растаявшего льда:

\[ x=\frac{Q_0}{\lambda}, \qquad Q_0=105(n+10)(7n+150). \]

Тогда: \[ \text{остаток льда}=m-x, \qquad \text{масса воды}=M+x. \]

Для \(n=1\): \[ x\approx0{,}5495\ \text{кг}, \] остаётся примерно \(0{,}0005\) кг льда, воды примерно \(1{,}6495\) кг.
При другом табличном значении \(\lambda\) масса остатка немного изменится, но температура останется \(0^\circ\mathrm{C}\).

Почему так

Сначала проверяем, хватит ли тепла, чтобы нагреть лёд до \(0^\circ\mathrm{C}\) и расплавить его.

Вода, остывая до \(0^\circ\mathrm{C}\), отдаёт:

\[ Q_w=c_wM(40+2n) =840(n+10)(n+20). \]

На нагрев льда до \(0^\circ\mathrm{C}\) нужно:

\[ Q_i=c_i m(n+10) =105(n+10)^2. \]

Остаётся на плавление:

\[ Q_0=Q_w-Q_i =105(n+10)(7n+150). \]

Чтобы весь лёд растаял, нужно:

\[ Q_0\ge \lambda m =16500(n+10). \]

Отсюда:

\[ 105(7n+150)\ge16500 \quad\Rightarrow\quad n\ge\frac{50}{49}\approx1{,}02. \]

Если это выполнено, остаток тепла нагревает уже всю воду:

\[ Q_{\text{ост}}=Q_0-\lambda m =(n+10)(735n-750). \]

Полная масса воды:

\[ M+m=0{,}15(n+10), \]

поэтому

\[ T=\frac{Q_{\text{ост}}}{c_w(M+m)} =\frac{49n-50}{42}. \]

Если же \(Q_0<\lambda m\), температура выше \(0^\circ\mathrm{C}\) быть не может: лёд и вода находятся при \(0^\circ\mathrm{C}\), а растаяла только часть льда.