Вариант 10. 1. Из чайника налили чай в стакан с сахаром и в стакан без сахара. В каком стакане чай будет холоднее? 2. При трении одного куска льда о другой лёд тает. Какие превращения энергии при этом происходят? 3. Какое количество теплоты пошло на приготовление в нормальных условиях питьевой воды из льда массой 10 кг, взятого при температуре −20 °C, если температура воды должна быть 15 °C? Начертите примерный график процессов, происходящих со льдом и водой.

1. Чай будет холоднее в стакане с сахаром: сахар растворяется, поглощая тепло из чая. В реальном опыте разница может быть небольшой и зависит от количества сахара и перемешивания.

2. При трении механическая энергия движения переходит во внутреннюю энергию льда. Лёд нагревается и плавится.

3. Считаем, что лёд и получившаяся вода находятся при нормальном атмосферном давлении. Используем удельную теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг·°C), удельную теплоту плавления льда 334 000 Дж/кг и удельную теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°C).

1. Нагревание льда от −20 °C до 0 °C:
   \(Q_1=cm\Delta t=2100\cdot10\cdot20=420\,000\) Дж.
2. Плавление льда при 0 °C:
   \(Q_2=\lambda m=334\,000\cdot10=3\,340\,000\) Дж.
3. Нагревание воды от 0 °C до 15 °C:
   \(Q_3=c_{\text{в}}m\Delta t=4200\cdot10\cdot15=630\,000\) Дж.
4. Общее количество теплоты:
   \(Q=Q_1+Q_2+Q_3=420\,000+3\,340\,000+630\,000=4\,390\,000\) Дж = 4,39 МДж.

На графике по горизонтали отложено время, по вертикали — температура. Участок нагревания льда поднимается от −20 °C до 0 °C, плавление идёт при постоянной температуре 0 °C, затем температура воды возрастает до 15 °C.

Ответ: в стакане с сахаром; механическая энергия переходит во внутреннюю; на приготовление воды требуется 4,39 МДж теплоты.