до конца xix века электричество использовалось только поблизости от мест генерации. это, в свою очередь, ограничивало степень использования доступных ресурсов, так как большие мощности для местного производства не требовались. с изобретением электрического освещения необходимость передачи электричества на большие расстояния стало актуальной проблемой, так как освещение требовалось в первую очередь в крупных городах, удалённых от источников энергии[2].
в 1873 году фонтен впервые продемонстрировал генератор и двигатель постоянного тока, связанные проводом длиной 2 км. в 1874 году ф. а. пироцкий осуществил передачу электроэнергии мощностью 6 л. с. на расстояние 1 км, а в 1876 году повторил опыт, используя в качестве проводника рельсы сестрорецкой железной дорогидлиной 3,5 км. в конце 1870-х — начале 1880-х д. а. лачинов показал, что потери энергии при передаче имеют обратную зависимость от напряжения, а п. н. яблочков и и. ф. усагин создали первые трансформаторы, что позволило усагину на всероссийской выставке в москве в 1882 году продемонстрировать первую высоковольтную систему передачи электроэнергии, включавшую повышающий и понижающий трансформаторы и линию электропередачи. в том же году на мюнхенской выставке опыт передачи постоянного электрического тока напряжением до 2000 в на расстояние 60 км продемонстрировал марсель депре, при этом потери составили 78 %[2].
прорывом в передаче электроэнергии на большие расстояния стал опыт м. о. доливо-добровольского на международной электротехнической выставке во франкфурте-на-майне в 1891 году, в ходе которого энергия от установки на реке неккар в городе лауффен была передана во франкфурт по трёхфазной линии на 175 км. энергия передавалась при напряжении 15200 в, преобразование осуществлялось с трёхфазных трансформаторов. кпд линии достигал 80,9 %, а передаваемая мощность — более 100 л. с., использованных для работы электрического двигателя и освещения. опыт способствовал внедрению трёхфазного переменного тока и высоковольтных систем передачи. к 1910 году в сша появились первые линии 110 кв, в 1923 — 220 кв, в то же время началось внедрение высоковольтных линий в европе[2].
Решение. Решение таких задач необходимо начинать с числовых оценок количеств теплоты, которыми обмениваются различные компоненты системы при установлении теплового равновесия. Определим вначале количество теплоты, которое может отдать вода при остывании до температуры плавления льда (0°С):
Q_1=m_1∙c_в∙t_1+m_2∙c_в∙t_2=16,8 кДж.
Количество теплоты, требующееся для нагревания льда до температуры плавления, равно
Q_2=m_3∙c_л∙|t_3 |=50,4 кДж.
Сравнивая эти величины, видим, что теплоты, отдаваемой водой при остывании, недостаточно для нагревания льда до 0°C. В то же время, количество теплоты, которое может отдать вся вода при замерзании,
Q_3=(m_1+m_2 )∙λ=198 кДж,
явно превышает количество теплоты, требующееся для нагревания льда до температуры плавления. Следовательно, при установлении теплового равновесия в калориметре вода остынет до 0°C, часть ее замерзнет, и весь лед будет иметь температуру плавления. Обозначив через mx массу замерзшей воды, запишем уравнение теплового баланса:
m_x∙λ=Q_2-Q_1,
откуда
m_x=(Q_2-Q_1)/λ=(m_3∙c_л∙|t_3 |-m_1∙c_в∙t_1-m_2∙c_в∙t_2)/λ,
m_x=((50,4-16,8)∙〖10〗^3)/(3,3∙〖10〗^5 )=0,102 кг=102 г.
Таким образом, после установления теплового равновесия в калориметре образуется смесь воды и льда при нулевой температуре, причем масса льда
m=m_x+m_1=502 г.
ответ.
m=m_1+(m_3∙c_л∙|t_3 |-m_1∙c_в∙t_1-m_2∙c_в∙t_2)/λ,m=502 г.
