Определение удельной теплоты плавления льда. Выполнить лабораторную работу: составить таблицу, установить параметры льда, воды и калориметра, смешать лёд с тёплой водой, записать установившуюся температуру, определить удельную теплоту плавления льда и сформулировать вывод. Дополнительное задание: выбрать другие начальные значения воды, калориметра и льда, рассчитать удельную теплоту плавления и сравнить результаты. По изображению: лёд — mл = 0,451 кг, tл = −10 °C, cл = 2100 Дж/(кг·°C); вода — Vв = 3 л, tв = 50 °C, cв = 4200 Дж/(кг·°C); калориметр — mк = 0,2 кг, cк = 100 Дж/(кг·°C); конечная температура t = 32,4 °C.

Объём воды равен 3 л, поэтому её масса — 3 кг. Поскольку отдельная начальная температура калориметра на экране не указана, принимаем, что перед опытом калориметр имел температуру воды: 50 °C.

Заполненная таблица:

Расчёт по результатам опыта.

1. Вода и калориметр остыли с 50 °C до 32,4 °C и отдали тепло: Qотд = (mвcв + mкcк)(50 − 32,4) = (3·4200 + 0,2·100)·17,6 = 222 112 Дж.
2. Лёд нагрелся от −10 °C до 0 °C: Qнаг = mлcл·10 = 0,451·2100·10 = 9471 Дж.
3. Получившаяся вода нагрелась от 0 °C до 32,4 °C: Qп = mлcв·32,4 = 0,451·4200·32,4 = 61 372,08 Дж.
4. На плавление льда пошло Qпл = 222 112 − 9471 − 61 372,08 = 151 268,92 Дж. Поэтому λл = Qпл/mл = 151 268,92/0,451 ≈ 335 408 Дж/кг.

Вывод: экспериментальное значение удельной теплоты плавления льда получилось примерно 335 кДж/кг. Оно близко к табличному значению около 334 кДж/кг; небольшое различие возможно из-за округления и теплообмена с окружающей средой.

Дополнительное задание — условный пример. Для второго опыта выберем: вода — 2 кг при 60 °C; лёд — 0,3 кг при −10 °C; калориметр — 0,2 кг с теплоёмкостью 100 Дж/(кг·°C), начальная температура 60 °C. Предположим, что после плавления установилась температура 41,2 °C. Эти примерные данные следует заменить показаниями повторного запуска виртуального стенда.

1. Тепло, отданное водой и калориметром: (2·4200 + 0,2·100)(60 − 41,2) = 8420·18,8 = 158 296 Дж.
2. На нагрев льда до 0 °C потребовалось 0,3·2100·10 = 6300 Дж; на нагрев талой воды до 41,2 °C — 0,3·4200·41,2 = 51 912 Дж.
3. Удельная теплота плавления: λ = (158 296 − 6300 − 51 912)/0,3 ≈ 333 613 Дж/кг.

Во втором условном примере результат отличается от первого примерно на 1795 Дж/кг, или на 0,54%. Значения близки и согласуются с табличным значением с учётом возможной экспериментальной погрешности.