В калориметре находился 1 кг льда. Вода, которая была в калориметре при добавлении льда, должна была оказаться в тепловом равновесии с ним. Поэтому, чтобы рассчитать температуру льда, нам необходимо использовать закон сохранения энергии.Первым шагом нужно рассчитать количество тепла, которое передалось от воды при температуре 20 °С к льду. Для этого мы можем использовать следующую формулу⁚
Qвода mвода * cвода * (Tконечная — Tначальная),
где Qвода ౼ количество тепла, mвода — масса воды, cвода ౼ удельная теплоемкость воды, Tконечная ౼ конечная температура воды и Tначальная ౼ начальная температура воды.Далее, используя закон сохранения энергии, мы можем выразить количество тепла, которое передалось от воды к льду⁚
Qвода Qльда,
где Qльда ౼ количество тепла, которое поглотил лед.Теперь мы можем решить уравнение, подставив известные значения⁚
mвода * cвода * (Tконечная, Tначальная) mльда * cльда * (Tконечная — Tльда),
где mльда — масса льда, cльда — удельная теплоемкость льда, Tльда — температура льда.Поскольку лед находится при 0 °C и его температура не меняется, то Tлюда равна 0 °C.
Теперь мы можем решить уравнение и найти значение Тконечная⁚
4 * 4,18 * (20 ౼ 0) 1 * 2,09 * (20 — Tльда). 20 * 4,18 1 * 2,09 * 20 ౼ 1 * 2,09 * Tльда. 83,6 41,8 — 2,09 * Tльда. 2,09 * Tльда 41,8 ౼ 83,6. 2,09 * Tльда -41,8.
Tльда -41,8 / 2,09.
Tльда -20.
Исходя из полученных расчетов, мы приходим к выводу, что температура льда составляет -20 °C. Таким образом, чтобы достичь теплового равновесия, мы должны добавить теплоты льду при температуре -20 °C, чтобы он превратился в воду при температуре 0 °C.