Question

Для приготовления пищи полярники используют воду, полученную из расплавленного льда. Какое количество теплоты потребуется для того, чтобы из 20кг льда, взятого при -10*С, получить воду при 100*С? Потерями тепла пренебречь.

Answer 1

Возможно подойдет это решение:

Answer 2

Для решения этой задачи нам нужно учесть процесс изменения температуры льда до его плавления и затем изменения температуры воды от точки плавления до 100°C. В данном случае мы можем пренебречь потерями тепла. Сначала вычислим количество теплоты, необходимое для нагрева льда до точки плавления при -10°C до 0°C. Для этого используем уравнение: Q1 = m * c * ΔT1, где: Q1 - количество теплоты, m - масса льда, c - удельная теплоемкость льда, ΔT1 - изменение температуры. Масса льда, m = 20 кг, Удельная теплоемкость льда, c = 2090 Дж/(кг·°C) (это значение приближенное, так как удельная теплоемкость льда зависит от его температуры, но для данного расчета мы можем использовать среднее значение), ΔT1 = (0°C - (-10°C)) = 10°C. Теперь мы можем вычислить Q1: Q1 = 20 кг * 2090 Дж/(кг·°C) * 10°C = 418,000 Дж. Теперь лед достиг точки плавления, и нам нужно учесть теплоту плавления. Удельная теплота плавления льда (Л) составляет около 333,55 кДж/кг (или 333,550 Дж/г), что означает, что на каждый грамм льда нужно 333,550 Дж теплоты, чтобы превратить его в воду при 0°C. Масса льда равна 20,000 г (20 кг * 1000 г/кг), поэтому количество теплоты, необходимое для плавления льда, будет: Q2 = m * Л = 20,000 г * 333,550 Дж/г = 6,671,000 Дж. Теперь лед полностью превращен в воду при 0°C. Мы можем перейти ко второму этапу - нагрев воды от 0°C до 100°C. Используем тот же метод: Q3 = m * c * ΔT2, где: Q3 - количество теплоты, m - масса воды, c - удельная теплоемкость воды, ΔT2 - изменение температуры. Масса воды, m = 20 кг, Удельная теплоемкость воды, c = 4186 Дж/(кг·°C), ΔT2 = (100°C - 0°C) = 100°C. Теперь вычислим Q3: Q3 = 20 кг * 4186 Дж/(кг·°C) * 100°C = 8,372,000 Дж. Теперь мы можем найти общее количество теплоты, которое потребуется для преобразования 20 кг льда при -10°C в 20 кг воды при 100°C: Q_total = Q1 + Q2 + Q3 = 418,000 Дж + 6,671,000 Дж + 8,372,000 Дж = 15,461,000 Дж. Итак, для этого процесса потребуется 15,461,000 Дж теплоты.