В калориметр, где находилась вода массой M = 1 кг при температуре t1 = 20 °С, опустили мокрый снег массой m = 250 г. После того, как снег растаял и установилось тепловое равновесие, в калориметре оказалась вода при температуре t2 = 5 °С. Сколько воды оказалось в снегу? Теплоемкостью калориметра и тепловыми потерями пренебречь.
Решение
Шаг 1:
Пусть масса льда в мокром снеге равна mл. Для плавления льда необходимо количество теплоты Q1 = λлmл. На нагревание получившейся из мокрого снега воды массой m = 250 г от температуры t0 = 0 °С до температуры t2 = 5 °С необходимо количество теплоты:
Q2 = cвm (t2 — t0).
Шаг 2:
Таким образом, суммарное количество теплоты, получаемое мокрым снегом, а затем холодной водой, равно:
Qпол = Q1 + Q2 = λлmл + cвm (t2 — t0).
Шаг 3:
Теплая вода отдает количество теплоты Qотд = cвM (t1 — t2).
Шаг 4:
Запишем уравнение теплового баланса: Qотд = cвM (t1 — t2) = Qпол = λлmл + cвm (t2 — t0). Отсюда получаем mл ≈ 175 г. Тогда масса воды в снегу равна 75 г.
