В калориметре находится вода, масса которой 100 г и температура 0°С. В него добавляют кусок льда, масса которого 20 г и температура –5°С. Какой будет температура содержимого калориметра после установления в нем теплового равновесия? Ответ выразите в градусах Цельсия (°С).

Поскольку температура t после установления теплового равновесия будет лежать между -5 и 0С, что ниже температуры плавления льда - замерзания воды, то в конце теплообмена в калориметре будет один лед. Вода, начиная замерзать сразу (т. к. ее начальная температура равна 0С) , отдаст часть своей энергии при замерзании, а другую часть - при понижении температуры вновь образовавшегося льда от 0 до tC. Общее количество теплоты отдаваемой водой Qw= mw* L+mw* cw* (0-t) (1). Первоначальный же лед, нагреваясь от температуры -5 до tС, приобретет теплоту Qa= ma* ca* (t-(-5)) (2). Исходя из теплового баланса приравниваем (1) и (2) и из полученного уравнения определяем t: mw* L- mw* cw* t= ma* ca* (t+ 5). t=(mw* L- 5ma* ca)/(mw* cw+ ma* ca)= (0,1*332- 5* 0,02* 2100)/(0,1* 4200+ 0,02* 2100)= 0,264C. Итак, вопреки ожиданию температура оказалась положительной. Значит, первоначальная версия о замерзании всего количества воды оказалась неверной (из-за небольшого количества льда; но предугадать такой исход было трудно - расчет был необходим) . Новая - и теперь окончательная версия: вода замерзнет лишь частично, сохраняя свою начальную температуру, нарашивая первоначальный лед, который понизит свою температуру до температуры воды, т. е. до 0С. Иначе говоря, ИСКОМАЯ ТЕМПЕРАТУРА - ТО ЖЕ 0С!