В теплоизолированный сосуд, содержащий 500 г воды при 10 градусах Цельсия, поместили 100 г льда, охлажденного до - 10 градусов Цельсия. Какая температура установится в сосуде?

Найдем количество теплоты, которое отдаст вода при остывании от 10 до 0 °С:

Q1 = c1m1DT1 = 4200 Дж / (кг • К) • 0,5 кг • 10 К = 21 кДж.

Количество теплоты, которое требуется, чтобы нагреть лед от - 10 до 0 °С, равно:

Q2 = c2m2DT2 = 2100 Дж / (кг • К) • 0,2 кг • 10 К = 4,2 кДж.

Так как Q2 < Q1, то лед нагреется до 0 °С, а вода будет иметь температуру выше 0 °С. Поэтому лед начнет таять. Количество теплоты Q3, необходимое для того, чтобы весь лед растаял, равно:

Q3 = lm2 = 3,3 • 105 Дж/кг • 0,2 кг = 66 кДж.

Как видно, Q3 > Q1 - Q2, и растает не весь лед, а только его часть. Следовательно, в сосуде будет находиться смесь воды и льда при температуре q = 0 °С.