На сколько внутренняя энергия 400г водяного пара при температуре 100 градусов больше внутренней энергии такого же количества кипящей воды?
Решите пожалуйста.

Для того чтобы решить эту задачу, нам нужно разобраться в двух ключевых понятиях: внутренняя энергия водяного пара и внутренняя энергия кипящей воды. Внутренняя энергия системы зависит от ее состояния (температуры, фазы вещества и других факторов).

1. Внутренняя энергия кипящей воды

При температуре 100°C вода находится в кипящем состоянии, то есть это жидкость, температура которой равна температуре кипения при нормальном атмосферном давлении (1 атмосфера). Внутренняя энергия воды в этом состоянии складывается из кинетической энергии молекул и энергии взаимодействия между молекулами. Но для данной задачи мы будем учитывать только изменение внутренней энергии при переходе воды в пар, а также значение воды в жидком состоянии при температуре 100°C.

Вода в кипящем состоянии при температуре 100°C имеет примерно внутреннюю энергию $U_{\text{жидкая вода}} \approx 419,4 \, \text{кДж/кг}$.

2. Внутренняя энергия водяного пара

Когда вода превращается в пар при 100°C (в момент кипения), молекулы воды покидают жидкую фазу и переходят в газообразное состояние. Это требует значительного количества энергии, известного как теплота парообразования.

• Теплота парообразования для воды при 100°C составляет примерно 2260 кДж/кг.
• Таким образом, внутренняя энергия водяного пара в состоянии 100°C будет примерно равна сумме внутренней энергии воды в жидком состоянии (при температуре 100°C) и теплоты, необходимой для её превращения в пар.

Для парообразного состояния водяного пара:

3. Разница в внутренней энергии

Теперь, чтобы найти, на сколько внутренняя энергия 400 г водяного пара больше внутренней энергии такого же количества кипящей воды, нужно вычислить разницу между внутренними энергиями этих двух состояний.

Для 400 г (0,4 кг) вещества:

• Внутренняя энергия 400 г кипящей воды: $U_{\text{жидкая вода}} = 0,4 \times 419,4 = 167,76 \, \text{кДж}$.
• Внутренняя энергия 400 г водяного пара: $U_{\text{пар}} = 0,4 \times 2679,4 = 1071,76 \, \text{кДж}$.

Разница в внутренней энергии:

Ответ:

Внутренняя энергия 400 г водяного пара при температуре 100°C на 904 кДж больше, чем внутренняя энергия такого же количества кипящей воды при той же температуре.