Răspuns: temperatura de echilibru este obligata sa rămână la 0°C
Explicație:
- Calorimetrul si apa din el cedează căldura Q₁ si se răcesc pana la temperatura de echilibru tₓ
Q₁ = C ( t₁- tₓ) + m₁cₐ ( t₁- tₓ ) = (t₁ - tₓ) ( C + m₁cₐ)
Q₁ = (t₁- tₓ) ( 200 J /°C + 0,2 kg x 4180 J /kg °C) = ( 30° - tₓ°) ( 1036 J /°C )
- Teoretic, căldură primita este preluata de gheata, care se încălzește de la -20° pana la 0° ( Q₂) . Ajunsa la 0°, gheata preia căldura latenta de topire si devine apa ( Q₃) De la 0°, apa preia alta cantitate de căldura si se încălzește pana la temperatura de echilibru ( Q₄).
Exista posibilitatea ca sa nu existe suficienta căldură disponibila si procesul sa nu se desfășoare pana la capăt.
Q₂ = m₂c [0° - ( -20°C) ] = 0,1 kg x 2090 J /kg °C x 20°c = 4180 J
Q₃ = m₂λ = 0,1 kg x 335 000 J /kg = 33500 J
in acest moment putem face o estimare utila:
Q₂ + Q₃ = 4180 J + 33500 J = 37680 J
Q₁ = ( 30° - tₓ) ( 1036 J /°C )
Pentru ca gheata sa se topească în totalitate, in sistem ar trebui sa se elibereze cel putin 37680 J.
Asta ar însemna ca (30 - tₓ) 1036 = 37680
30 - tₓ = 37580 : 1036 = 36,27
tx =30 - 36,27 = - 6,27 °C
temperatura e negativa, gheata nu se va topi !!!
Pentru tₓ = 0°C, Q₁ = 30 x 1036 = 31080 J si este cantitatea de căldură ce poate topi cea mai multa gheata in conditiile date.
4180 J sunt folositi pentru incalzirea de la -20 la 0°
31080 - 4180 = 26900 J rămân pentru topire.
m = Q : λ = 26900 J : 335 000 J/kg = 0,08 kg gheata se pot topi ( din cele 0,2 kg )
Procesul rămâne blocat intr-un amestec de gheata si apa la 0°C, nemaifiind căldură disponibila.
