Начальная температура слитка стали массой 2 кг с составляла 20 ⁰С. Слиток нагрели и целиком перевели в жидкое состояние. Определите, сколько на это было затрачено количества теплоты. Ответ

Для того чтобы рассчитать количество теплоты, которое потребовалось для того, чтобы нагреть стальной слиток массой 2 кг с начальной температуры 20 °C до температуры плавления и затем расплавить его, нужно учесть два этапа:

1. Нагрев слитка стали от 20 °C до температуры плавления
2. Плавление стали (переход из твердого состояния в жидкое)

1. Нагрев до температуры плавления

Температура плавления стали обычно находится в пределах 1400-1500 °C. Для расчета будем использовать температуру плавления 1500 °C.

Для вычисления количества теплоты, которое потребовалось для нагрева, используется формула:

где:

• $m$ — масса тела (в данном случае масса слитка стали) = 2 кг,
• $c$ — удельная теплоемкость стали, которая составляет примерно 500 Дж/(кг·°C),
• $\Delta T$ — изменение температуры, которое равно $1500 - 20 = 1480$ °C.

Подставим значения:

Итак, на нагрев до температуры плавления затрачено 1 480 000 Дж.

2. Плавление стали

Когда температура слитка достигает точки плавления, он начинает переходить в жидкое состояние. Для этого требуется затратить теплоту плавления, которая вычисляется по формуле:

где:

• $m$ — масса слитка стали = 2 кг,
• $L$ — скрытая теплота плавления стали, которая составляет примерно 270 000 Дж/кг.

Подставим значения:

Итак, на плавление слитка затрачено 540 000 Дж.

Общее количество теплоты

Теперь, чтобы найти общее количество теплоты, нужно сложить количество теплоты, затраченное на нагрев, и количество теплоты, затраченное на плавление:

Ответ:

Общее количество теплоты, которое было затрачено на нагрев и плавление слитка стали массой 2 кг с начальной температурой 20 °C, составляет 2 020 000 Дж.