4. В калориметре находилось 200г льда при -20°С. В сосуд добавили 200г воды при 0°С. Определить содержимое сосуда и конечную температуру. Удельная теплоемкость льда 2100 Дж/(кг°С), удельная теплота плавления льда 3,4-105 Дж/кг.

Шаг 1: Определим количество теплоты, необходимое для нагревания льда до 0°C: \[Q_\text{нагр} = m_\text{льда} \cdot c_\text{льда} \cdot \Delta T\] где m_льда = 0.2 кг, c_льда = 2100 Дж/(кг·°C), ΔT = 20 °C. \[Q_\text{нагр} = 0.2 \cdot 2100 \cdot 20 = 8400 \text{ Дж}\] Шаг 2: Определим количество теплоты, необходимое для плавления льда: \[Q_\text{плавл} = m_\text{льда} \cdot \lambda\] где λ = 3.4 × 10⁵ Дж/кг. \[Q_\text{плавл} = 0.2 \cdot 3.4 \cdot 10^5 = 68000 \text{ Дж}\] Шаг 3: Определим общее количество теплоты, необходимое для нагревания и плавления льда: \[Q_\text{общ} = Q_\text{нагр} + Q_\text{плавл} = 8400 + 68000 = 76400 \text{ Дж}\] Шаг 4: Определим количество теплоты, которое может отдать вода при охлаждении до 0°C: \[Q_\text{воды} = m_\text{воды} \cdot c_\text{воды} \cdot \Delta T\] где m_воды = 0.2 кг, c_воды = 4200 Дж/(кг·°C), ΔT = 0 °C. \[Q_\text{воды} = 0.2 \cdot 4200 \cdot 0 = 0 \text{ Дж}\] Так как вода уже при 0°C, она не может отдать тепло. Шаг 5: Сравним количество теплоты, необходимое для плавления льда, с количеством теплоты, которое может отдать вода. Так как Q_воды = 0 Дж < Q_общ = 76400 Дж, то вода не сможет полностью расплавить лед. Шаг 6: Определим, что произойдет. Вода останется водой при 0°C, а лед не сможет полностью расплавиться. Конечная температура будет 0°C, и в сосуде будет смесь воды и льда.