Какое количество льда будет находиться в калориметре после того, как установится равновесие, если в него добавили

Для решения этой задачи нам потребуется использовать закон сохранения энергии и уравнение теплового баланса.

Сначала найдем количество тепла, которое передаётся от воды к льду. Для этого воспользуемся уравнением:

\[Q = m_1 \cdot c_1 \cdot (T_f - T_1)\]

где \(Q\) - количество тепла, \(m_1\) - масса воды, \(c_1\) - удельная теплоемкость воды, \(T_f\) - конечная температура, \(T_1\) - начальная температура.

Подставляя значения, получаем:

\[Q = 0.2 \, \text{кг} \cdot 4.2 \, \text{кДж/кг°C} \cdot (0 - 5)°С\]

\[Q = 0.2 \, \text{кг} \cdot 4.2 \, \text{кДж/кг°C} \cdot (-5)°С\]

\[Q = -4.2 \, \text{кДж}\]

Так как количество тепла, передаваемое от воды к льду, равно количеству тепла, необходимому для плавления льда, то можно записать следующее уравнение:

\[Q = m_2 \cdot L\]

где \(m_2\) - масса льда, \(L\) - удельная теплота плавления льда.

Подставляя значения, получаем:

\[-4.2 \, \text{кДж} = m_2 \cdot 334 \, \text{кДж/кг}\]

Отсюда находим массу льда:

\[m_2 = \frac{-4.2 \, \text{кДж}}{334 \, \text{кДж/кг}}\]

\[m_2 ≈ -0.0126 \, \text{кг}\]

Учитывая, что масса не может быть отрицательной, мы понимаем, что ошибка была допущена при расчете количества тепла, передаваемого от воды к льду. Правильный расчет:

\[Q = m_1 \cdot c_1 \cdot (T_f - T_1)\]

\[Q = 0.2 \, \text{кг} \cdot 4.2 \, \text{кДж/кг°C} \cdot (0 - 5)°С\]

\[Q = 0.2 \, \text{кг} \cdot 4.2 \, \text{кДж/кг°C} \cdot (-5)°С\]

\[Q = 4.2 \, \text{кДж}\]

Таким образом, количество тепла, передаваемое от воды к льду, равно 4.2 кДж. Подставляя это значение в уравнение, мы можем найти массу льда:

\[4.2 \, \text{кДж} = m_2 \cdot 334 \, \text{кДж/кг}\]

\[m_2 = \frac{4.2 \, \text{кДж}}{334 \, \text{кДж/кг}}\]

\[m_2 ≈ 0.0126 \, \text{кг}\]

Итак, после того, как установится равновесие, в калориметре будет находиться примерно 0.0126 кг льда.