Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы 400 г льда, взятого при температуре -5 °C, превратить в стоградусный пар? Удельная теплота парообразования воды составляет 2,3*10^6 Дж/кг, удельная теплота плавления льда - 3,3*10^5 Дж/кг, удельная теплоемкость воды - 4200 Дж/кг*К, а удельная теплоемкость льда - 2100 Дж/кг*К.

Также, в теплоизолированном сосуде находится смесь 500 г воды и 54,4 г льда при температуре 0 °C. В сосуд входит стоградусный пар, и через некоторое время в нем устанавливается температура 40 °C. Какова масса пара, введенного в сосуд? Нагреванием сосуда и окружающего воздуха пренебречь. Удельная теплота парообразования воды составляет 2,3*10^6 Дж/кг, удельная теплота плавления льда - 3,3*10^5 Дж/кг, а удельная теплоемкость воды - 4200 Дж/кг*К.

Помогите, пожалуйста! Я сам пытался, но не совсем выходило)))

Физика 11 класс Теплообмен и фазовые переходы физика 11 класс Количество теплоты лёд температура пар удельная теплота плавление парообразование Теплоёмкость теплоизолированный сосуд смесь воды и льда масса пара нагревание расчет теплоты термодинамика задачи по физике Новый

Давайте разберем задачу на два этапа. Сначала определим количество теплоты, необходимое для превращения льда в пар, а затем решим задачу о тепловом равновесии в сосуде.

Часть 1: Превращение льда в стоградусный пар

Для этого процесса необходимо выполнить несколько шагов:

1. Нагрев льда от -5 °C до 0 °C: Используем формулу для расчета количества теплоты: Q = m * c_лед * ΔT, где m = 0,4 кг, c_лед = 2100 Дж/кг*К, ΔT = 5 К.
2. Плавление льда: Используем формулу Q = m * λ_плавления, где λ_плавления = 3,3 * 10^5 Дж/кг.
3. Нагрев воды от 0 °C до 100 °C: Используем формулу Q = m * c_вода * ΔT, где c_вода = 4200 Дж/кг*К, ΔT = 100 К.
4. Парообразование воды: Используем формулу Q = m * λ_парообразования, где λ_парообразования = 2,3 * 10^6 Дж/кг.

Теперь подставим значения и найдем каждую составляющую:

• Q_1 = 0,4 кг * 2100 Дж/кг*К * 5 К = 4200 Дж
• Q_2 = 0,4 кг * 3,3 * 10^5 Дж/кг = 132000 Дж
• Q_3 = 0,4 кг * 4200 Дж/кг*К * 100 К = 168000 Дж
• Q_4 = 0,4 кг * 2,3 * 10^6 Дж/кг = 920000 Дж

Общее количество теплоты: Q_общ = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 = 4200 + 132000 + 168000 + 920000 = 1220200 Дж.

Часть 2: Тепловое равновесие в сосуде

В этой части задачи нам нужно найти массу пара, которая конденсируется и нагревает смесь до 40 °C. Запишем уравнение теплового баланса:

Количество теплоты, выделенное паром при конденсации и охлаждении до 40 °C, равно количеству теплоты, необходимому для плавления льда и нагрева воды и льда до 40 °C.

1. Конденсация пара: Q_парообразования = m_пара * λ_парообразования.
2. Охлаждение конденсата до 40 °C: Q_охлаждения = m_пара * c_вода * (100 - 40).
3. Плавление льда: Q_плавления = m_льда * λ_плавления.
4. Нагрев всей воды до 40 °C: Q_нагрева = (m_вода + m_льда) * c_вода * 40.

Запишем уравнение теплового баланса:

m_пара * λ_парообразования + m_пара * c_вода * 60 = m_льда * λ_плавления + (m_вода + m_льда) * c_вода * 40

Подставим значения:

• m_льда = 0,0544 кг
• m_вода = 0,5 кг
• λ_парообразования = 2,3 * 10^6 Дж/кг
• c_вода = 4200 Дж/кг*К
• λ_плавления = 3,3 * 10^5 Дж/кг

m_пара * (2,3 * 10^6 + 4200 * 60) = 0,0544 * 3,3 * 10^5 + (0,5 + 0,0544) * 4200 * 40

Решим уравнение:

m_пара * (2,3 * 10^6 + 252000) = 17952 + 92832

m_пара * 2,552 * 10^6 = 110784

m_пара = 110784 / 2,552 * 10^6 ≈ 0,0434 кг или 43,4 г

Таким образом, масса пара, введенного в сосуд, составляет примерно 43,4 грамма.