Задача. В калориметре находится лёд массой m1 и температуре t1. В калориметр впустили водяной пар массой m2 и при температуре t2= 100°С. Какая будет температура смеси, сколько растает льда или сколько пара превратится в воду или лёд? Теплоёмкостью калориметра пренебречь.
В
этой задаче рассматривается процесс
теплообмена между паром и льдом. Теплообмен
с калориметром не учитывается. Необходимо
рассмотреть все случаи теплообмена. В
зависимости от начальной температуры льда,
начальных масс пара и льда процесс
теплообмен может идти по разному.
Рассмотрим все возможные случаи и
представим их графически.
Рисунок 1. Лёд нагрелся от температуры t1 до температуры плавления t3 за счёт тепла, которое отдаёт пар при конденсации, понижении температуры полученной воды от t2 до t3 и превращении некоторого количества воды (может и всей воды) в лёд.
Рисунок 2.
Лёд нагрелся от температуры t1
до температуры смеси t
за счёт тепла, которое отдаёт пар при
конденсации, понижении температуры
полученной воды от t2
до t3
и превращении всей воды в лёд и охлаждении
этого льда до температуры смеси t.
Рисунок
3.
Лёд нагрелся от температуры t1
до температуры плавления t3
за счёт тепла, которое отдаёт пар при
конденсации и понижении температуры
полученной воды от t2
до t3.
Установилось тепловое равновесие между
льдом и полученной водой.
Рисунок 4. Лёд нагрелся от температуры t1 до температуры плавления t3, часть расплавилась (может и весь) за счёт тепла, которое отдаёт пар при конденсации, понижении температуры полученной воды от t2 до t3.
Рисунок 5.
Лёд нагрелся от температуры t1
до температуры плавления t3,
весь лёд
расплавился и полученная при плавлении вода
нагрелась до температуры смеси t. Это
произошло за счёт тепла, которое отдаёт пар при
конденсации и понижении температуры
полученной воды при конденсации от t2
до температуры
смеси t.
Рисунок 6. Лёд нагрелся от температуры t1 до температуры плавления t3, весь лёд расплавился и полученная при плавлении вода нагрелась до температуры кипения t3. Это произошло за счёт тепла, которое отдала часть пара (может и весь пар) при конденсации.
Рассматривая все возможные случаи теплообмена между льдом и паром, составляется алгоритм решения задачи. Рассмотрим все этапы решения задачи.