Какое количество теплоты выделится при отвердевании воды массой 3 кг,взятой при температуре 20 градусов цельсия.Изобразите этот процесс графически.

При отвердевании воды, то есть при ее замерзании, выделяется теплота, которая называется теплотой замерзания. Чтобы рассчитать, какое количество теплоты выделится при отвердевании 3 кг воды, нужно учитывать два этапа процесса:

1. Охлаждение воды до точки замерзания (от 20°C до 0°C).
2. Плавление (замерзание) воды при 0°C.

Этап 1: Охлаждение воды до 0°C

Для этого нужно использовать формулу для тепла, которое уходит или приходит при изменении температуры:

где:

• $Q$ — количество теплоты (в джоулях),
• $m$ — масса воды (в килограммах),
• $c$ — удельная теплоемкость воды (примерно $4186 \, \text{Дж/кг}^\circ\text{C}$),
• $\Delta T$ — изменение температуры (в градусах Цельсия).

Подставляем данные:

• $m = 3 \, \text{кг}$,
• $c = 4186 \, \text{Дж/кг}^\circ\text{C}$,
• $\Delta T = 0 - 20 = -20^\circ\text{C}$.

Рассчитываем количество теплоты:

Минус в значении тепла показывает, что это тепло уходит от воды (она охлаждается).

Этап 2: Замерзание воды

Когда вода достигает 0°C, она начинает замерзать. Для этого процесса необходимо учитывать количество теплоты, которое выделяется при замерзании. Формула для этого:

где:

• $L_f$ — удельная теплота замерзания воды (приблизительно $334000 \, \text{Дж/кг}$).

Рассчитываем количество теплоты, выделившейся при замерзании 3 кг воды:

Это количество теплоты выделяется, когда вода замерзает при 0°C.

Общее количество теплоты

Теперь суммируем теплоту, выделившуюся на каждом этапе:

1. Теплота при охлаждении воды до 0°C: $-251160 \, \text{Дж}$,
2. Теплота при замерзании воды: $1002000 \, \text{Дж}$.

Итого, общее количество теплоты, которое выделяется в процессе отвердевания воды массой 3 кг при температуре 20°C, будет:

Графическое изображение процесса

Процесс отвердевания воды можно изобразить на графике, где по оси $x$ будет отложена температура, а по оси $y$ — количество теплоты.

1. От 20°C до 0°C: на графике это будет наклонная линия, которая показывает потерю тепла при охлаждении.
2. При 0°C: температура остаётся постоянной, но количество теплоты резко возрастает (плоская горизонтальная линия), что указывает на выделение тепла при замерзании воды.

Графически это будет выглядеть как шаг с резким переходом от отрицательных значений количества теплоты к большому положительному значению, что символизирует замерзание воды.

Таким образом, общее количество выделившегося тепла при процессе замерзания воды массой 3 кг, взятой при температуре 20°C, составит 750840 Дж.