Фазовые Переходы — Задание 8 ЕГЭ по физике №00015755

Идея

Равновесие установилось при $-1\,°\text{C}$ — ниже нуля. Значит вся добавленная вода замёрзла, отдав тепло, а холодный лёд это тепло принял и подогрелся до $-1\,°\text{C}$. Из баланса $Q_{отд}=Q_{получ}$ найдём начальную температуру льда.

Шаг 1. Сколько тепла отдала вода

Вода $m_2 = 0{,}03$ кг: остыла с $40$ до $0$, замёрзла, и лёд остыл с $0$ до $-1$. $Q_{отд} = m_2\,(c_в\cdot40 + \lambda + c_{л}\cdot1) = 0{,}03\,(4200\cdot40 + 3{,}3\cdot10^5 + 2100) = 0{,}03 \cdot 500\,100 \approx 15\,003$ Дж.

Шаг 2. Лёд принял это тепло

Лёд $1$ кг нагрелся с $t_1$ до $-1\,°\text{C}$: $Q_{получ} = c_{л} m_1 (-1 - t_1) = 2100\cdot1\cdot(-1 - t_1)$.

Шаг 3. Баланс

$2100\,(-1 - t_1) = 15\,003 \Rightarrow -1 - t_1 = 7{,}14 \Rightarrow t_1 \approx -8{,}1\,°\text{C} \approx -8\,°\text{C}$.