В лаборатории мы провели два эксперимента‚ чтобы исследовать свойства льда с порами․ В обоих экспериментах мы использовали образец льда с порами‚ равномерно распределенными по его объему․
В первом эксперименте мы заполнили поры воздухом и поместили образец льда в калориметр с водой‚ которая имела температуру 60°C․ Мы дождались‚ пока лед полностью растаял и установилось тепловое равновесие‚ и обнаружили‚ что температура воды после этого составила 10°C․
Во втором эксперименте мы использовали точно такой же образец льда‚ но в этот раз поры были заполнены водой‚ которая имела температуру 0°C․ Опять же‚ мы дождались полного растворения льда и установления теплового равновесия․ В этом случае температура воды после растворения льда составила 9°C․
Теперь нам необходимо найти среднюю плотность льда с порами‚ заполненными воздухом․ Для этого мы можем воспользоваться законом Гейслера-Томсона‚ который утверждает‚ что изменение внутренней энергии идеального газа при изохорном (постоянном объеме) процессе зависит только от его температуры․
Из первого эксперимента мы знаем‚ что изменение температуры воды составило 50°C (60°C, 10°C)‚ что означает‚ что изменение внутренней энергии воды равно изменению внутренней энергии воздуха в порах․
Из второго эксперимента мы видим‚ что изменение температуры воды составило 9°C‚ что означает изменение внутренней энергии воды․
Теперь мы можем выразить отношение изменений внутренней энергии воды и внутренней энергии воздуха в порах⁚
\[\frac{\Delta U_{\text{воды}}}{\Delta U_{\text{воздуха}}} \frac{\Delta T_{\text{воды}}}{\Delta T_{\text{воздуха}}} \frac{50}{9}\]
Из этого отношения мы можем найти плотность льда с порами‚ заполненными воздухом⁚
\[\rho \frac{\Delta U_{\text{воздуха}}}{\Delta U_{\text{воды}}} \frac{9}{50}\]
Таким образом‚ средняя плотность льда с порами‚ заполненными воздухом‚ составляет \(\frac{9}{50}\);