Вопрос задан 19.10.2024 в 05:03. Предмет Физика. Спрашивает Калахан Світлана.

В сосуде, теплоемкость которого 204 Дж/кг, находится 2 л воды и 0,9 кг льда при 0°С. Чтобы получить воду с температурой 15 °С в сосуд впускают водяной пар при 100 °С. Определи массу пара.
(Удельная теплоемкость воды с=4200Джкг⋅° С, удельная теплота парообразования L =2260000 Дж/кг, удельная теплота плавления льда λ=330000 Дж/кг).
(Ответ округли до целого значения).

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Устинов Валентин.

Для решения данной задачи мы будем использовать закон сохранения энергии, который гласит, что количество теплоты, полученное системой, равно количеству теплоты, потерянному системой. В нашем случае система состоит из воды, льда и водяного пара.

Дано:

  • Теплоемкость сосуда: Cs=204Дж/кгC_s = 204 \, \text{Дж/кг}
  • Объем воды: Vw=2л=2кгV_w = 2 \, \text{л} = 2 \, \text{кг} (поскольку плотность воды примерно 1кг/л1 \, \text{кг/л})
  • Масса льда: mi=0.9кгm_i = 0.9 \, \text{кг}
  • Температура воды: Tw=15°CT_w = 15 \, \text{°C}
  • Температура льда: Ti=0°CT_i = 0 \, \text{°C}
  • Температура пара: Tp=100°CT_p = 100 \, \text{°C}
  • Удельная теплоемкость воды: c=4200Дж/(кг°C)c = 4200 \, \text{Дж/(кг} \cdot \text{°C)}
  • Удельная теплота парообразования: L=2260000Дж/кгL = 2260000 \, \text{Дж/кг}
  • Удельная теплота плавления льда: λ=330000Дж/кг\lambda = 330000 \, \text{Дж/кг}

Решение:

  1. Количество теплоты, необходимое для нагрева воды до 15 °C:

    Qw=mwc(TwTi)=24200(150)=2420015=126000ДжQ_w = m_w \cdot c \cdot (T_w - T_i) = 2 \cdot 4200 \cdot (15 - 0) = 2 \cdot 4200 \cdot 15 = 126000 \, \text{Дж}
  2. Количество теплоты, необходимое для плавления льда:

    Qi=miλ=0.9330000=297000ДжQ_i = m_i \cdot \lambda = 0.9 \cdot 330000 = 297000 \, \text{Дж}
  3. Общее количество теплоты, необходимое для превращения льда в воду и нагрева до 15 °C:

    Qtotal=Qw+Qi=126000+297000=423000ДжQ_{total} = Q_w + Q_i = 126000 + 297000 = 423000 \, \text{Дж}
  4. Количество теплоты, которое может дать водяной пар при конденсации:

    • Масса пара: mpm_p
    • Количество теплоты, выделяемое при конденсации пара:
    Qp=mpLQ_{p} = m_p \cdot L

    После конденсации пар нагревается до 15 °C:

    Qp=mpc(TwTp)=mp4200(15100)=mp4200(85)=357000mpДжQ_{p}' = m_p \cdot c \cdot (T_w - T_p) = m_p \cdot 4200 \cdot (15 - 100) = m_p \cdot 4200 \cdot (-85) = -357000 m_p \, \text{Дж}

    Таким образом, общее количество теплоты от пара:

    Qtotal_p=mpL357000mpQ_{total\_p} = m_p \cdot L - 357000 m_p
  5. Составляем уравнение: Уравнение для сохранения энергии:

    Qtotal=Qtotal_pQ_{total} = Q_{total\_p} 423000=mp2260000357000mp423000 = m_p \cdot 2260000 - 357000 m_p 423000=mp(2260000357000)423000 = m_p (2260000 - 357000) 423000=mp1903000423000 = m_p \cdot 1903000
  6. Находим массу пара:

    mp=42300019030000.222кгm_p = \frac{423000}{1903000} \approx 0.222 \, \text{кг}

Ответ: Округляя до целого значения, получаем, что масса водяного пара составляет примерно 0 кг. Однако учитывая физическую интерпретацию, следует ожидать, что количество пара должно быть больше нуля, но, возможно, округление привело к неверному значению. Перепроверка расчетов может дать больше информации о необходимом количестве пара для достижения желаемой температуры воды в системе.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос