Какое количество энергии нужно затратить, чтобы воду массой 5 кг, взятую при температуре 0°C довести до кипения и испарить ее

Чтобы рассчитать, сколько энергии нужно затратить, чтобы довести воду массой 5 кг с температуры 0°C до кипения и затем испарить её, можно использовать несколько физических принципов, связанных с нагреванием и фазовыми переходами воды.

Для этого расчёта нужно учесть два этапа:

1. Нагрев воды от 0°C до 100°C.
2. Испарение воды при 100°C.

1. Нагрев воды от 0°C до 100°C

Для нагрева воды используется формула для теплоёмкости:

$Q_1 = m \cdot c \cdot \Delta T$

Где:

• $Q_1$ — количество энергии, необходимое для нагрева воды,
• $m$ — масса воды (в данном случае 5 кг),
• $c$ — удельная теплоёмкость воды (около 4200 Дж/кг·°C),
• $\Delta T$ — изменение температуры (в данном случае от 0°C до 100°C, то есть 100°C).

Подставляем значения:

Итак, для того чтобы нагреть воду от 0°C до 100°C, потребуется 2 100 000 Дж энергии.

2. Испарение воды при 100°C

Чтобы испарить воду, нужно учитывать скрытую теплоту парообразования. Это количество энергии, которое нужно для превращения 1 кг жидкости в пар без изменения температуры. Удельная скрытая теплота парообразования для воды составляет примерно 2260 кДж/кг.

Для 5 кг воды:

Где:

• $Q_2$ — энергия для испарения,
• $m$ — масса воды (5 кг),
• $L$ — удельная скрытая теплота парообразования (2260 кДж/кг = 2 260 000 Дж/кг).

Подставляем значения:

Итак, для того чтобы испарить 5 кг воды при 100°C, потребуется 11 300 000 Дж энергии.

Общая энергия

Теперь, чтобы найти общую энергию, необходимую для нагрева воды до кипения и её испарения, нужно сложить обе величины:

Ответ:

Для того чтобы довести 5 кг воды с температуры 0°C до кипения и затем испарить её, потребуется 13 400 000 Дж энергии.