3. В калориметр поместили медный шарик массой 200 г, который был вынут из кипятка, и также добавили некоторую массу

Пошаговое решение задачи:

а) Для определения температуры конечного состояния смеси в калориметре можно воспользоваться уравнением теплового равновесия. В данной задаче мы имеем три тела - медный шарик, лёд и вода.

Тепло, переданное каждому телу, равно нулю, так как медный шарик приобретает температуру окружающей среды после установления теплового равновесия. Температура воды и льда в конечном состоянии будет одинаковой.

Таким образом, мы можем воспользоваться следующим уравнением:

\( m_1 \cdot c_1 \cdot (T - T_1) + m_2 \cdot L + m_3 \cdot c_3 \cdot (T - T_3) = 0 \),

где \( m_1 \) - масса медного шарика, \( c_1 \) - удельная теплоемкость меди, \( T_1 \) - начальная температура медного шарика, \( m_2 \) - масса льда, \( L \) - удельная теплота плавления льда, \( m_3 \) - масса воды, \( c_3 \) - удельная теплоемкость воды, \( T \) - искомая температура конечного состояния, \( T_3 \) - начальная температура льда.

Мы знаем, что масса медного шарика \( m_1 = 200 \) г, удельная теплоемкость меди \( c_1 = 0.386 \) Дж/(г·°C), начальная температура меди \( T_1 = 100 \) °C и начальная температура льда \( T_3 = -5 \) °C.

Масса воды и льда в конечном состоянии одинакова, поэтому \( m_3 = m_2 \).

Таким образом, уравнение теплового равновесия принимает вид:

\( 200 \cdot 0.386 \cdot (T - 100) + m_2 \cdot L + m_2 \cdot c_3 \cdot (T - (-5)) = 0 \).

Б) Теперь рассмотрим вторую часть задачи, связанную с количеством теплоты, переданного медным шариком.

Количество теплоты, переданное медным шариком, равно изменению его энергии, что можно выразить следующим образом:

\( Q = m_1 \cdot c_1 \cdot (T - T_1) \),

где \( Q \) - количество теплоты, \( m_1 \) - масса медного шарика, \( c_1 \) - удельная теплоемкость меди, \( T \) - температура конечного состояния, \( T_1 \) - начальная температура меди.

В) Для определения начальной массы льда мы можем использовать закон сохранения массы. Мы знаем, что масса воды и льда в конечном состоянии одинакова, поэтому \( m_3 = m_2 \). Таким образом, искомая начальная масса льда равна \( m_2 \).

Обоснование:

При установлении теплового равновесия тепло, переданное каждому из тел, должно равняться нулю. Решив уравнение теплового равновесия, мы найдем искомую температуру конечного состояния смеси в калориметре.

Количество теплоты, переданное медным шариком, равно изменению его энергии. Решив соответствующее уравнение, мы найдем количество теплоты, переданное медным шариком.

Начальная масса льда может быть определена с использованием закона сохранения массы, учитывая, что масса воды и льда в конечном состоянии одинакова.