Так как тепловая машина является идеальной, ее КПД можно определить по формуле Карно: КПД где К — абсолютная температура нагревателя, которым по условию является кипяток, К — абсолютная температура холодильника, т. е. тающего льда. Но КПД тепловой машины можно определить так: КПД где — количество теплоты, полученное от нагревателя, — количество теплоты, отданное холодильнику.
Тогда работа, выполненная тепловой машиной:
а количество теплоты, отданное холодильнику (количество теплоты, которое тратится на плавление льда), может быть определено по формуле:
где — удельная теплота плавления льда, — масса расплавленного льда. С учетом записанных формул количество теплоты, полученное от нагревателя:
Так как по двум формулам мы определяли КПД одной и той же тепловой машины, то:
кг г.