Question

Какое количество теплоты необходимо, что из 4 кг льда, взятого при температуре 0 С, получить пар при 100 С?

Answer 1

Для рассчета количества теплоты необходимо использовать формулу:

Q = m * L, где Q - количество теплоты, m - масса вещества, L - удельная теплота плавления/испарения.

Для перехода из льда (твердого состояния) в пар (газообразное состояние) нужно пройти два этапа: сначала из льда в воду, а затем из воды в пар.

1. Переход из льда в воду:

Для льда удельная теплота плавления составляет Lпл = 334 кДж/кг, поэтому количество теплоты, необходимое для плавления 4 кг льда, будет:

Qплавления = m * Lпл = 4 кг * 334 кДж/кг = 1336 кДж.

2. Переход из воды в пар:

Для перехода единицы массы воды в пар необходимо затратить удельную теплоту испарения - Lисп = 2260 кДж/кг.

Так как исходно имеем 4 кг льда, а подводим кипящую воду до 100 °C, то необходимо рассчитать количество теплоты, необходимой для нагрева льда до 0 °C, теплоты плавления и для нагрева полученной воды до 100 °C.

3. Нагрев льда до 0 °C:

Теплота нагрева составляет q = c * m * ΔT, где q - количество теплоты, c - удельная теплоемкость, ΔT - изменение температуры.

Удельная теплоемкость льда составляет cледа = 2 ккал/кг·°C = 2.09кДж/кг·°C, а изменение температуры ΔT = 0 - (-10) = 10 °C.

Тогда количество теплоты, необходимое для нагрева льда до 0 °C, будет:

Qнагрева льда = cледа * m * ΔT = 2.09кДж/кг·°C * 4 кг * 10 °C = 83.6 кДж.

4. Нагрев полученной воды до 100 °C:

Теплота нагрева будет рассчитываться аналогичным образом:

cводы = 4.18кДж/кг·°C, (удельная теплоемкость воды), ΔT = 100 - 0 = 100 °C.

Тогда количество теплоты, необходимое для нагрева воды до 100 °C:

Qнагрева воды = cводы * m * ΔT = 4.18кДж/кг·°C * 4 кг * 100 °C = 1672 кДж.

Таким образом, общее количество теплоты, необходимое для превращения 4 кг льда при 0 °C в пар при 100 °C, составит:

Q = Qнагрева льда + Qплавления + Qнагрева воды = 83.6 кДж + 1336 кДж + 1672 кДж = 3091.6 кДж.