Question

В калориметре находится 0,5 кг воды при 16°С У него впукають 20 г водяного пара при 100°С. Какова будет температура воды, когда установится тепловое равновесие ? Полное решение, пожалуйста.

Answer 1

M1=0.5 кг
m2= 20г=0,02кг
t1=16 град
t2= 100 град
c=4200 Дж/(кг*К)  удельная теплоемкость воды
λ = 2,3 *10^6 Дж/кг  удельная теплота конденсации пара
t3-?

Составим уравнение теплового баланса
Теплота отданная паром + теплота конденсации пара = теплоте нагрева воды
Qp+Qk=Qv
m2*c*(t2-t3) + m2*λ=c*m1(t3-t2)
m2*c*t2 - t3*m2*c* + m2*λ=c*m1*t3  - t2*c*m1
m2*c*t2+ m2*λ+ t2*c*m1=t3*c*(m1+m2)
t3=(t2*c*m2+m1*c*t1+m2*λ)/(c*(m1+m2))=(100*4200*0.02+0.5*4200*16+0.02*2,3 *10^6)/(4200*(0.5+0.02))=40.29 град.

Ответ: после установления теплового равновесия температура в калориметре станет 40,29 °С. 

Answer 2

Для решения этой задачи, воспользуемся законом сохранения энергии. Когда установится тепловое равновесие, тепло, выделившееся у водяного пара, будет равно теплу, поглощенному водой.

Для вычисления тепла, выделившегося у водяного пара, воспользуемся формулой:

Q = m * L, где: Q - количество тепла (в джоулях), m - масса вещества (в килограммах), L - удельная теплота парообразования (в джоулях на килограмм).

Удельная теплота парообразования для воды составляет около 2260 кДж/кг (или 2260 кДж/кг * 1000 Дж/кДж = 2 260 000 Дж/кг).

Тепло, выделившееся у водяного пара: Q_пара = 0,02 кг * 2 260 000 Дж/кг = 45 200 Дж.

Тепло, поглощенное водой, можно вычислить по формуле:

Q_воды = m * c * ΔT, где: Q_воды - количество тепла (в джоулях), m - масса воды (в килограммах), c - удельная теплоемкость воды (в джоулях на килограмм на градус Цельсия), ΔT - изменение температуры (в градусах Цельсия).

Удельная теплоемкость воды составляет около 4,186 кДж/(кг * °C) (или 4,186 кДж/(кг * °C) * 1000 Дж/кДж = 4186 Дж/(кг * °C)).

Подставляем известные значения: Q_воды = 0,5 кг * 4186 Дж/(кг * °C) * ΔT.

Теперь, когда установилось тепловое равновесие, количество тепла у водяного пара равно количеству тепла у воды:

45 200 Дж = 0,5 кг * 4186 Дж/(кг * °C) * ΔT.

Теперь можем найти ΔT:

ΔT = 45 200 Дж / (0,5 кг * 4186 Дж/(кг * °C)) ≈ 21,52 °C.

Таким образом, когда установится тепловое равновесие, температура воды составит приблизительно:

Температура воды = начальная температура + ΔT = 16 °C + 21,52 °C ≈ 37,52 °C.

Ответ: Температура воды, когда установится тепловое равновесие, составит примерно 37,52 °C.