Лід-це цінний і швидко охолоджується матеріал, який ми часто використовуємо для збереження продуктів або приготування прохолодних напоїв. Ми знаємо, що лід тане при нагріванні і утворює воду - процес, який відбувається при поглинанні тепла.
Але що відбувається, коли лід охолоджується? Якщо лід знаходиться в ізольованій системі, то він може втратити теплоту і охолодитися. Але наскільки градусів лід охолоне, якщо втратить певну кількість теплоти? Розглянемо це питання детальніше.
Для визначення температурної зміни льоду при втраті 40 кілоджоулів тепла можна використовувати питому теплоємність льоду. Питома теплоємність-це кількість теплоти, яке необхідно передати 1 граму речовини, щоб його температура змінилася на 1 градус Цельсія.
Скільки градусів охолоне лід?
Для визначення того, наскільки лід охолоне при втраті 40 кілоджоулів теплоти, необхідно врахувати теплоємність льоду. Теплоємність-це кількість енергії, необхідна для зміни температури речовини на один градус Цельсія. Теплоємність льоду становить приблизно 2,09 кДж/кг·°C.
Таким чином, використовуючи формулу:
Тепло, передане або втрачене = маса * теплоємність * зміна температури
Ми можемо обчислити зміну температури, знаючи, що втрачено 40 кілоджоулів тепла:
40 кДж = маса * 2,09 кДж/кг·°c * зміна температури
Підставляючи значення і вирішуючи рівняння, отримаємо:
40 кДж = маса * 2,09 кДж/кг·°c * зміна температури
зміна температури = 40 кДж/(маса · 2,09 кДж / кг·°c)
З цього рівняння видно, що зміна температури льоду буде залежати від його маси. Чим більше маса льоду, тим менше буде зміна його температури при втраті 40 кілоджоулів теплоти.
Втрата 40 кілоджоулів тепла
Коли лід втрачає 40 кілоджоулів тепла, він охолоджується на певну кількість градусів. Тепло, що передається з льоду в навколишнє середовище, призводить до втрати енергії і, отже, до охолодження льоду.
Знаючи, що лід має теплоту плавлення при 0 градусах Цельсія, можна розрахувати, скільки градусів охолоне лід при втраті 40 кілоджоулів теплоти.
Нехай ΔT-зміна температури, Тп-температура плавлення, Q-втрата теплоти:
ΔT = Q / (маса × питома теплоємність)
Питома теплоємність льоду приблизно дорівнює 2,093 Дж/(г * градус Цельсія), а маса льоду дорівнює кількості переданої енергії, поділеної на питому теплоту плавлення льоду, яка становить 333,55 Дж/г.
Підставивши значення в формулу, отримаємо:
ΔT = 40000 / (40000 / 333,55)
Таким чином, при втраті 40 кілоджоулів теплоти, лід охолоне приблизно на 333,55 градусів Цельсія.
Формула охолодження льоду
При втраті 40 кілоджоулів теплоти лід охолоне на певну кількість градусів. Для розрахунку цього значення можна використовувати наступну формулу:
де ΔT-зміна температури льоду в градусах Цельсія,
Q-втрата тепла в кілоджоулях (в даному випадку 40 кілоджоулів),
m-маса льоду в грамах,
C-питома теплоємність льоду(приблизно дорівнює 2.09 Дж/(г*°c)).
Вирішуючи дану формулу щодо ΔT, можна отримати величину зміни температури льоду при втраті 40 кілоджоулів теплоти. Це допоможе зрозуміти, наскільки сильно охолоне лід в даній ситуації.
Результати обчислень
При втраті 40 кілоджоулів теплоти, лід охолоне на певну кількість градусів. Розрахунок можна виконати за допомогою формули:
| ΔQ = m * c * ΔT |
- ΔQ-втрачена теплота (у кілоджоулях),
- m-маса льоду (в грамах),
- c-питома теплоємність льоду (в Дж / г·°c),
- ΔT-зміна температури льоду (в градусах Цельсія).
Знаючи масу льоду та його питому теплоємність, ми можемо вирішити рівняння щодо ΔT:
| ΔT = ΔQ / (m * c) |
Таким чином, для розрахованого прикладу втрати 40 кілоджоулів теплоти, нам необхідно знати масу льоду і його питому теплоємність. Після заміни відомих величин в формулу отримаємо результат зміни температури льоду в градусах Цельсія.