سوال ۷۰ فیزیک کنکور تجربی ۱۴۰۳ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

نکتهٔ مهم: کلید اعلام‌شده با داده‌های صورت سؤال سازگار نیست. محاسبهٔ مرحله‌به‌مرحله چنین است:

۱) گرم‌شدن یخ تا دمای ذوب
برای تغییر دمای ماده بدون تغییر حالت، رابطهٔ $Q=mc\Delta T$ به کار می‌رود (فیزیک ۱، صفحهٔ ۹۸–۹۹). بنابراین گرمای لازم برای رساندن یخ از $-20^\circ\mathrm{C}$ به $0^\circ\mathrm{C}$ برابر است با:
$Q_1=2\times2100\times[0-(-20)]=84000\,\mathrm{J}=84\,\mathrm{kJ}$.

۲) ذوب کامل یخ
در مرحلهٔ ذوب، دما ثابت می‌ماند و گرمای دریافتی از رابطهٔ $Q_2=mL_f$ محاسبه می‌شود. تفکیک تغییر دما از تغییر حالت، نکتهٔ اصلی مسائل این بخش است؛ تمرین مشابه کتاب نیز تبدیل یخ سرد به حالت نهایی را مطرح می‌کند (فیزیک ۱، صفحهٔ ۱۱۰، تمرین ۴ـ۶).
چون $L_f=336\,\mathrm{J/g}$ است، جرم را برحسب گرم می‌نویسیم:
$m=2\,\mathrm{kg}=2000\,\mathrm{g}$.
پس:
$Q_2=2000\times336=672000\,\mathrm{J}=672\,\mathrm{kJ}$.

۳) گرم‌شدن آب حاصل تا دمای نهایی
آب حاصل از ذوب باید از $0^\circ\mathrm{C}$ به $100^\circ\mathrm{C}$ برسد. مطابق روش مثال گرم‌کردن آب در کتاب، دوباره از رابطهٔ $Q=mc\Delta T$ استفاده می‌کنیم (فیزیک ۱، صفحهٔ ۹۸–۹۹):
$Q_3=2\times4200\times(100-0)=840000\,\mathrm{J}=840\,\mathrm{kJ}$.
چون حالت نهایی «آب» است، نه بخار، گرمای نهان تبخیر به محاسبه اضافه نمی‌شود.

۴) جمع گرماها
$Q_{\text{کل}}=Q_1+Q_2+Q_3=84+672+840=1596\,\mathrm{kJ}$.

بنابراین مقدار درست با داده‌های موجود $1596\,\mathrm{kJ}$ است و در گزینه‌ها وجود ندارد؛ احتمالاً صورت سؤال، گزینه‌ها یا کلید دچار خطای ثبت شده‌اند.
پاسخ: گزینهٔ ۱ با داده‌های سؤال سازگار نیست؛ هیچ‌یک از گزینه‌ها درست نیست.