Для того чтобы рассчитать, какое количество воды можно заморозить, необходимо учитывать количество энергии, необходимое для охлаждения воды от 10°C до 0°C и затем для превращения её в лёд при 0°C, а затем для дальнейшего охлаждения льда до -5°C.
Охлаждение воды от 10°C до 0°C:
Используем формулу: [ Q_1 = m \cdot c \cdot \Delta T ] где:
(Q_1) — количество теплоты, необходимое для охлаждения,(m) — масса воды (в кг),(c) — теплоёмкость воды (приблизительно 4184 Дж/(кг·°C)),(\Delta T) — изменение температуры (10°C - 0°C = 10°C).
[ Q_1 = m \cdot 4184 \cdot 10 ]
Переход воды в лёд при 0°C:
Используем формулу: [ Q_2 = m \cdot L_f ] где:
(Q_2) — количество теплоты, необходимое для льдообразования,(L_f) — теплоту плавления воды (приблизительно 334000 Дж/кг).
[ Q_2 = m \cdot 334000 ]
Охлаждение льда от 0°C до -5°C:
Используем ту же формулу, что и для воды, но с теплоёмкостью льда: [ Q3 = m \cdot c{лед} \cdot \Delta T ] где:
(c_{лед}) — теплоёмкость льда (приблизительно 2100 Дж/(кг·°C)),(\Delta T) — изменение температуры (-5°C - 0°C = -5°C).
[ Q_3 = m \cdot 2100 \cdot 5 ]
Общая энергия:
Общая энергия (Q{total}) будет равна: [ Q{total} = Q_1 + Q_2 + Q_3 ]
Подставляя все выражения: [ Q_{total} = m \cdot 4184 \cdot 10 + m \cdot 334000 + m \cdot 2100 \cdot 5 ]
[ Q_{total} = m \cdot (41840 + 334000 + 10500) ]
[ Q_{total} = m \cdot 388340 ]
Определим массу воды, которую можно заморозить:
У вас есть 37 MJ или 37000000 Дж. Установим уравнение: [ 37000000 = m \cdot 388340 ]
Решим для (m): [ m = \frac{37000000}{388340} \approx 95.2 \text{ кг} ]
Таким образом, можно заморозить примерно 95.2 кг воды, охлаждая её от 10°C до -5°C.
Для того чтобы рассчитать, какое количество воды можно заморозить, необходимо учитывать количество энергии, необходимое для охлаждения воды от 10°C до 0°C и затем для превращения её в лёд при 0°C, а затем для дальнейшего охлаждения льда до -5°C.
Охлаждение воды от 10°C до 0°C: Используем формулу:
(Q_1) — количество теплоты, необходимое для охлаждения,(m) — масса воды (в кг),(c) — теплоёмкость воды (приблизительно 4184 Дж/(кг·°C)),(\Delta T) — изменение температуры (10°C - 0°C = 10°C).[
Q_1 = m \cdot c \cdot \Delta T
]
где:
[
Q_1 = m \cdot 4184 \cdot 10
]
Переход воды в лёд при 0°C: Используем формулу:
(Q_2) — количество теплоты, необходимое для льдообразования,(L_f) — теплоту плавления воды (приблизительно 334000 Дж/кг).[
Q_2 = m \cdot L_f
]
где:
[
Q_2 = m \cdot 334000
]
Охлаждение льда от 0°C до -5°C: Используем ту же формулу, что и для воды, но с теплоёмкостью льда:
(c_{лед}) — теплоёмкость льда (приблизительно 2100 Дж/(кг·°C)),(\Delta T) — изменение температуры (-5°C - 0°C = -5°C).[
Q3 = m \cdot c{лед} \cdot \Delta T
]
где:
[
Q_3 = m \cdot 2100 \cdot 5
]
Общая энергия: Общая энергия (Q{total}) будет равна:
[
Q{total} = Q_1 + Q_2 + Q_3
]
Подставляя все выражения:
[
Q_{total} = m \cdot 4184 \cdot 10 + m \cdot 334000 + m \cdot 2100 \cdot 5
]
[
Q_{total} = m \cdot (41840 + 334000 + 10500)
]
[
Q_{total} = m \cdot 388340
]
Определим массу воды, которую можно заморозить: У вас есть 37 MJ или 37000000 Дж. Установим уравнение:
[
37000000 = m \cdot 388340
]
Решим для (m):
[
m = \frac{37000000}{388340} \approx 95.2 \text{ кг}
]
Таким образом, можно заморозить примерно 95.2 кг воды, охлаждая её от 10°C до -5°C.