Trong một bình có chứa m1=2kg nước ở t1=25C. Người ta thả vào bình m2kg nước đá ở t2=-200C. Hãy tính nhiệt độ chung khối lượng nước và khối lượng đá có trong bình khi có cân bằng nhiệt trong mỗi trường hợp sau đây: a. m2=1kg, b. m2=0,2kg, c. m2=6kgGiá trị nhiệt dung riêng của nước,của nước đá và nhiệt nóng chảy của nước đá lần lượt là: c1=4200J/kg.K; c2=2100J/kg.K; dANGDA=340000

 Nhiệt lượng mà $m_1$ kg nước ở $25^0C$ toả ra khi hạ xuống $0^0C$ là: 

  $Q_{toả} = m_1.c_1(25 - 0) = 2.4200.25 = 210 000 (J)$ 
Nhiệt lượng mà $m_2$ kg đá thu vào khi tăng nhiệt độ từ $- 20^0C$ lên $0^0C$ thu vào là: 

  $Q_{thu} = m_2.c_2.[0 - (- 20)] = 20.2100.m_2 = 42000m_2 (J)$  

a. Khi $m_2 = 1kg$, ta có: 

  $Q{thu} = 42000.1 = 42000 (J)$ 

Vì $Q_{thu} < Q_{toả}$ nên có một lượng nước đá tan ra. 

 Gọi khối lượng nước đá tan ra là m'. Nhiệt lượng cần để m' kg nước đá tan ra là: 

 $Q_{thu1} = \lambda.m' = 340000m' (J)$ 

Khi đó ta có: 

$210 000 = 42000 + 340000m'$ 

 $\to m' \approx 0,494$ 

Ta có $m' < m_2$ nên đá không tan hết nên: 

- Nhiệt độ cân bằng của hệ là $0^0C$ 

- Lượng đá còn lạ: $m'' = 1 - 0,494 = 0,506 (kg)$ 

- Lượng nước trong bình: $2 + 0,494 = 2,494 (kg)$ 

b. Khi $m_2 = 0,2$ kg. 

 $Q_{thu} = 42000.0,2 = 8400 (J)$ 

Vì $Q_{thu} < Q_{toả}$ nên có lượng đá tan ra. Gọi m' là lượng đá tan ra, ta có: 

Nhiệt lượng cần để m' kg đá tan ra là: 

   $Q_{thu1} = 340000m'$ 

Do đó ta có: 

         $21000 = 42000 + 340000m'$
         $\to m' \approx 0,494$ 

Vì $m' > m_2$ nên đá tan hết và tăng nhiệt độ lên lớn hơn $0^0C$. Gọi nhiệt độ cân bằng của hệ là t. Ta có: 

$2.4200.(25 - t) = 8400 + 340000.0,2 + 0,2.4200(t - 0)$ 

    $\to t \approx 14,46$ 

Do đó: 

- Nhiệt độ cân bằng của hệ: $t \approx 14,46^0C$ 

- Lượng đá tan hết hoàn toàn. 

- Lượng nước trong bình: 2 + 0,2 = 2,2 (kg)$ 

c. Kgi $m_2 = 6kg$ 

Nhiệt lượng cần để $m_2$ kg đá tăng từ $- 20^0C$ lên $0^0C$ là: 

       $Q_{thu} = 6.2100.20 = 252 000 (J)$ 

Nhiệt lượng nước ở $25^0C$ toả ra khi hạ nhiệt độ xuống $0^0C$ là: 

       $Q_{toả} = 2.4200.25 = 210 000 (J)$ 

Vì $Q_{toả} < Q_{thu}$ nên có một lượng nước sẽ đông đặc. Gọi khối lượng nước đông đặc là m', ta có phương trình cân bằng nhiệt: 

$252000 = 210000 + 340000m'$ 

      $\to m' \approx 0,12$ 

Vậy ta có: 

  - Nhiệt độ cân bằng của hệ là $0^0C$ 

  - Lượng nước còn: $2 - 0,12 = 1,88 (kg)$ 

  - Lượng đá còn: $6 + 0,12 = 6,12 (kg)$