Odpowiedź:
Wyjaśnienie:
Nie ma tu podanych pewnych stałych, ale są one na pewno w podręczniku. Chodzi o ciepło topnienia lodu (ile energii dostarczamy by stopić 1 kg lodu) i ciepła właściwego lodu (ile energii należy dostarczyć, by podgrzać 1 kg lodu o 1 stopień Celsjusza) i analogicznie ciepła właściwego wody.
c_topnienia_lodu = 334000 J/kg
c_wlasciwe_lodu= 2100 J/kg*st. C
c_wlasciwe_wody = 4200 J/kg*st. C
W takich zadaniach musimy zapisać, że (pomijając straty energii) ciepło (energia) odebrane przez zimniejsze ciało równa się ciepłu oddanemu przez cieplejsze ciało. Tutaj nie ma nic o ciepłym ciele, mamy po prostu obliczyć, ile takie cieplejsze ciało (np. nagrzany pokój) oddało energii.
Q_odebrane = Q_oddane
Rysujemy sobie wykres zależności temperatury od dostarczanej energii cieplnej (załącznik). Widzimy, że najpierw lód musiał się ogrzać do 0 stopni Celsjusza, by zacząć się topić. Potem zachodziło topnienie (za zawsze wtedy nie zmienia się temperatura) kosztem dalszych ilości ciepła, a gdy cały stopniał, zamienił się w wodę, która potrzebowała pobrać dalsze ilości ciepła by uzyskać temperaturę 60 st. Celsjusza. Te wszystkie ciepła w sumie dają nam Q_odebrane=Q_oddane (którego szukamy).
Mamy dwa wzory na ciepło, w zależności od tego, czy chodzi o ciepło potrzebne tylko do podgrzania substancji:
Q=masa*cieplo wlasciwe * zmiana temperatury
czy potrzebne do zmiany stanu skupienia substancji:
Q=masa * cieplo_przemiany (u nas cieplo topnienia).
Obliczmy zatem poszczególne ciepła w kolejnych momentach procesu:
1. podgrzewanie lodu z -10 stopni do 0 stopni:
Q1=masa lodu*c_wlasciwe lodu * (0-(-10 st))
2. przemiana lodu w wode (bez zmiany temperatury oczywiscie, bo ta w przemianie fazowej jest zawsze stala)
Q2=masa lodu * cieplo_topnienia_lodu
3. podgrzanie otrzymanej z lodu wody do 60 stopni
Q3=masa lodu * c_wl_wody*(60 st - 0 st)
Oczywiście cały lód zamienił się w wodę, stąd w równaniu 3. mamy masę lodu, ale wiemy, że to już jest woda (niemniej jednak masa jest ta sama).
I nasze szukane ciepło dostarczone w całym procesie to suma punktów 1, 2 i 3. Pozwolę sobie już nie podstawiać, bo nie mam kalkulatora:
Q=masa lodu*c_wlasciwe lodu * (0-(-10 st))+masa lodu * cieplo_topnienia_lodu+masa lodu * c_wl_wody*(60 st - 0 st)
I to jest nasze rozwiązanie. To jest całkowita energia włożona w opisany proces.
