Đáp án:
$t \approx - 97^0C$
Giải thích các bước giải:
Nhiệt lượng mà nước ở $25^0C$ toả ra khi hạ nhiệt độ xuống $0^0C$ là:
$Q_1 = m_1.c_1.\Delta t = 2.4200(25 - 0) = 210000 (J)$
Nhiệt lượng cần thiết để đá tăng nhiệt độ lên $0^0C$ là:
$Q_2 = m_2.c_2.\Delta t = 6.2100.[0 - (- 200)] = 2520 000 (J)$
Nhiệt lượng mà nước ở $0^0C$ đông đặc toả ra là:
$Q_1 ' = \lambda.m_1 = 340 000.2 = 680 000 (J)$
Ta có: $Q_1 + Q_1 ' = 210 000 + 680 000 = 890 000 (J)$
Vì $Q_1 + Q_1 ' < Q_2$ nên phần nước bị đông đặc thành đá và nhiệt độ cân bằng nhỏ hơn $0^0C$
(Nhiệt lượng toả ra khi 2kg nước hạ nhiệt xuống $0^0C$ và đông đặc không đủ đee làm khối đá tăng lên $0^0C$ )
Gọi nhiệt độ cân bằng của hệ là $t$
Nhiệt lượng mà $2kg$ đá ở $0^0$ hạ xuống toả ra là:
$Q_1 '' = m_1.c_2.\Delta t = 2.2100(0 - t) = - 4200t (J)$
Nhiệt lượng khối đá thu vào để tăng nhiệt lên t là:
$Q_2 ' = 6.2100.[t - (- 200)] = 12600t + 2520 000 (J)$
Ta có phương trình cân bằng nhiệt:
$Q_1 + Q_1 ' + Q_1 '' = Q_2 '$
$\to 890000 -4200t = 12600t + 2520000$
$\to t \approx - 97$
Vậy nhiệt độ cân bằng của hệ là:
$t \approx - 97^0C$