Question

Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы из кусочка льда массой 500г взятого при температуре -10 градусов получить стоградусный водяной пар

Answer 1

Q = Q1 (нагрев льда) + Q2 (плавление льда, превращение в воду) + Q3 (нагрев воды) + Q4 (кипение воды, парообразование)

Q1 = c1m(t2 - t1), с1 = 2100 Дж / кг * °С, t2 = 0°C, t1 = -10°C

Q2 = λm, λ = 330000 Дж/кг

Q3 = c2m(t3 - t2), t3 = 100°C

Q4 = Lm, L = 2300000 Дж/кг

Q = m * (c1 * (t2 - t1) + λ + c2 * (t3 - t2) + L) = 0,5 * (2100 * 10 + 330000 + 4200 * 100 + 2300000) = 0,5 * 3071000 = 1535500 Дж = 1,5355 МДж

Ответ: 1,5355 МДж

Answer 2

Для решения этой задачи, нам следует учесть несколько этапов:

1. Первый этап: Подогрев льда до его плавления.
2. Второй этап: Плавление льда.
3. Третий этап: Подогрев воды до 100°C.
4. Четвертый этап: Испарение воды.

Для каждого этапа, мы можем использовать уравнение теплообмена:

Q = m * c * ΔT,

где: Q - количество теплоты (в джоулях), m - масса вещества (в килограммах), c - удельная теплоемкость (в Дж/(кг·°C)), ΔT - изменение температуры (в градусах Цельсия).

Давайте рассмотрим каждый этап по очереди:

1. Первый этап: Подогрев льда до его плавления. Удельная теплоемкость льда (c_льда) = 2.09 J/(g°C) Масса льда (m_льда) = 500 г Начальная температура (T_нач) = -10°C Конечная температура (T_кон) = 0°C (температура плавления льда)

Q_1 = m_льда * c_льда * (T_кон - T_нач) Q_1 = 500 г * (2.09 J/(g°C)) * (0°C - (-10°C)) Q_1 = 500 г * 2.09 J/(g°C) * 10°C Q_1 = 10450 Дж

2. Второй этап: Плавление льда. Для плавления льда необходимо добавить дополнительные 334 Дж/г для каждого грамма льда. В нашем случае, это 500 г * 334 Дж/г = 167000 Дж.

3. Третий этап: Подогрев воды до 100°C. Удельная теплоемкость воды (c_воды) = 4.18 J/(g°C) Масса воды (m_воды) = 500 г Начальная температура (T_нач) = 0°C Конечная температура (T_кон) = 100°C

Q_3 = m_воды * c_воды * (T_кон - T_нач) Q_3 = 500 г * (4.18 J/(g°C)) * (100°C - 0°C) Q_3 = 500 г * 4.18 J/(g°C) * 100°C Q_3 = 20900 Дж

4. Четвертый этап: Испарение воды. Для превращения воды в пар необходимо добавить 2260 Дж/г. В нашем случае, это 500 г * 2260 Дж/г = 1130000 Дж.

Теперь, чтобы найти общее количество теплоты, необходимое для превращения 500 г льда при -10°C в 100 г водяного пара при 100°C, сложим результаты всех этапов:

Общее количество теплоты = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 Общее количество теплоты = 10450 Дж + 167000 Дж + 20900 Дж + 1130000 Дж = 1354350 Дж

Итак, чтобы превратить 500 г льда при -10°C в 500 г водяного пара при 100°C, необходимо затратить 1 354 350 Дж теплоты.