Question

Какое количество теплоты необходимо для того, чтобы 5кг льда при температуре -10 градусов Цельсия обратить в пар при 100 градусах Цельсия и затем нагреть пар до 150 градусов Цельсия?

Answer 1

Ответ:

заполнить ее водой и подвесить ее в кастрюле с чистой водой так, чтобы она не касалась дна. Затем зажигают огонь. Вода в кастрюле закипает, однако в бутылочке она не кипит и не закипит, так кипяток оказывается недостаточно горячим, чтобы вскипятить воду. Дело в том, чтобы вода закипела, недостаточно нагреть ее до 100 градусов Цельсия, необходимо еще создать ей необходимый запас тепла, чтобы перевести воду в пар. Чистая вода кипит при 100 градусах Цельсия. Выше этой точки ее температура подниматься не будет, сколько бы ее не нагревали.

Источник теплоты, с помощью которого в бутылочке вода нагревается, имеет температуру 100 градусов. Он может довести воду в бутылочке только до 100 градусов. Когда наступит равенство температур, дальнейшего перехода тепла от воды в кастрюле к пузырьку не будет. При нагревании воды в бутылочке таким образом, невозможно ей доставить того избытка теплоты, который необходим для перехода воды в пар. Каждый грамм воды, нагретый до 100 градусов, требует еще более 500 калорий, чтобы перейти в пар, поэтому вода в бутылочке нагревается, но не кипит.

Answer 2

Для решения этой задачи мы можем разбить процесс на две части: первая часть - плавление льда и нагрев пара до 100 градусов Цельсия, вторая часть - нагрев пара от 100 до 150 градусов Цельсия.

1. Плавление льда и нагрев пара до 100°C: Сначала нам нужно рассчитать количество теплоты, необходимое для плавления льда при температуре -10°C и нагрева его до 0°C: Q1 = масса × удельная теплоемкость плавления × изменение температуры

где: масса = 5 кг удельная теплоемкость плавления льда = 334 000 Дж/кг (это удельная теплота плавления льда) изменение температуры = 0 - (-10) = 10°C

Q1 = 5 кг × 334 000 Дж/кг × 10°C = 16 700 000 Дж

Теперь нам нужно рассчитать количество теплоты, необходимое для нагрева пара от 0°C до 100°C: Q2 = масса × удельная теплоемкость водяного пара × изменение температуры

где: масса = 5 кг (масса пара) удельная теплоемкость водяного пара = 2 000 Дж/кг°C (приближенное значение) изменение температуры = 100°C - 0°C = 100°C

Q2 = 5 кг × 2 000 Дж/кг°C × 100°C = 1 000 000 Дж

Итак, для первой части процесса нам нужно 16 700 000 Дж + 1 000 000 Дж = 17 700 000 Дж.

2. Нагрев пара от 100°C до 150°C: Теперь нам нужно рассчитать количество теплоты, необходимое для нагрева пара от 100°C до 150°C: Q3 = масса × удельная теплоемкость пара × изменение температуры

где: масса = 5 кг (масса пара) удельная теплоемкость пара = 2 000 Дж/кг°C (приближенное значение) изменение температуры = 150°C - 100°C = 50°C

Q3 = 5 кг × 2 000 Дж/кг°C × 50°C = 500 000 Дж

Итак, для второй части процесса нам нужно 500 000 Дж.

Теперь сложим количество теплоты для обеих частей процесса:

Общее количество теплоты = Q1 + Q2 + Q3 = 17 700 000 Дж + 1 000 000 Дж + 500 000 Дж = 19 200 000 Дж

Таким образом, общее количество теплоты, необходимое для преобразования 5 кг льда при температуре -10°C в пар при 100°C и затем нагрева пара до 150°C, составляет 19 200 000 Дж (или 19.2 МДж).