За сколько времени вода полностью замерзнет, если она остыла от 10 градусов C до 0 градусов C за 10 минут? Учитывайте удельную теплоемкость в 4200 Дж/кг градусов C и удельную теплоту плавления в 3,3 • 10 в 5 Дж/кг.
Ответ:
1. Рассчитаем количество теплоты, которое необходимо извлечь из воды для охлаждения от 10°C до 0°C.
В данном случае мы имеем 10 градусов разницы в температуре (10°C — 0°C = 10°C) и удельную теплоемкость воды, которая составляет 4200 Дж/кг°C.
Таким образом, для охлаждения 1 кг воды от 10°C до 0°C нам потребуется:
Теплота = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры
Теплота = 1 кг × 4200 Дж/кг°C × 10°C
Теплота = 42000 Дж
2. Рассчитаем количество теплоты, необходимое на замерзание воды при 0°C.
Удельная теплота плавления воды составляет 3,3 × 10^5 Дж/кг.
Таким образом, для замерзания 1 кг воды потребуется 3,3 × 10^5 Дж.
3. Рассчитаем общее количество теплоты, которое необходимо извлечь из воды для полного замерзания.
Для того чтобы вода полностью замерзла, все теплоту воды необходимо извлечь для охлаждения от 10°C до 0°C и затем для замерзания при 0°C.
Таким образом, общая теплота = теплота для охлаждения + теплота для замерзания
Общая теплота = 42000 Дж + 3,3 × 10^5 Дж
Общая теплота = 342000 Дж
4. Рассчитаем время, за которое вся теплота будет извлечена из воды.
В данной задаче нам не дана масса воды, поэтому примем 1 кг воды для удобства вычислений.
Теплота, которая извлекается из воды за единицу времени, равна мощности.
Таким образом, для вычисления времени необходимо разделить общую теплоту на мощность.
Время = общая теплота / мощность
Время = 342000 Дж / 10 минут (1 минута = 60 секунд) × 60 секунд
Время = 342000 Дж / (10 × 60) секунд
Время = 342000 Дж / 600 секунд
Время = 570 секунд
Таким образом, вода полностью замерзнет за 570 секунд, если она остыла от 10°C до 0°C за 10 минут, с учетом указанных удельной теплоемкости и удельной теплоты плавления.