Идеальная холодильная машина, работающая по обратному циклу Карно, передает тепло от холодильника с водой при температуре t2 = 0 °С кипятильнику с водой при температуре t1 = 100 °C. Какую массу m2 воды нужно заморозить в холодильнике, чтобы превратить в пар массу m1 = 1 кг воды в кипятильнике?
Для решения этой задачи используем уравнение Карно, которое описывает эффективность обратного цикла Карно:
ε = 1 - T2/T1,
где ε - эффективность, T2 - температура холодильника, T1 - температура кипятильника.
Подставив известные значения температур (T2 = 273 K, T1 = 373 K), найдем эффективность обратного цикла Карно:
ε = 1 - 273/373 = 0,27.
Теперь можем найти отношение масс воды в холодильнике и кипятильнике, необходимое для превращения 1 кг воды в пар:
m2/m1 = T1/T2 = 373/273 = 1,37.
Таким образом, для превращения 1 кг воды в пар в кипятильнике, нужно заморозить примерно 1,37 кг воды в холодильнике.