Сколько водяного пара при 100 С потребуется, чтобы довести до температуры кипения 5 кг льда, находящегося при 0 С, в медной емкости массой 500 г?

Физика 8 класс Теплопередача и фазовые переходы водяной пар температура кипения 5 кг льда 0 С медная ёмкость 500 г физика 8 класс Новый

Чтобы решить эту задачу, нужно учитывать несколько этапов, связанных с тепловыми процессами. Мы будем использовать закон сохранения энергии, который говорит о том, что количество теплоты, полученное одним телом, равно количеству теплоты, отданному другим телом.

В данной задаче у нас есть три составляющих:

• Лед массой 5 кг, который нужно нагреть до 0°C и затем расплавить.
• Вода (водяной пар) при 100°C, которая будет конденсироваться и передавать тепло.
• Медная емкость массой 500 г, которая также будет нагреваться.

Теперь разберем каждый этап:

1. Нагрев льда до 0°C:

Для нагрева льда от -0°C до 0°C нам нужно использовать формулу:

Q1 = m * c_лед * ΔT

• m = 5 кг (масса льда)
• c_лед = 2100 Дж/(кг·°C) (удельная теплоемкость льда)
• ΔT = 0°C - 0°C = 0°C (разница температур)

Здесь Q1 = 5 * 2100 * 0 = 0 Дж. То есть, на этом этапе нам не нужно тепла.

2. Плавление льда:

Теперь нам нужно расплавить лед. Для этого используем формулу:

Q2 = m * L_плавления

• L_плавления = 334000 Дж/кг (теплота плавления льда)

Q2 = 5 * 334000 = 1670000 Дж.

3. Нагрев воды после плавления:

Теперь, когда лед расплавился, нам нужно нагреть получившуюся воду до 100°C:

Q3 = m * c_вода * ΔT

• c_вода = 4200 Дж/(кг·°C) (удельная теплоемкость воды)
• ΔT = 100°C - 0°C = 100°C

Q3 = 5 * 4200 * 100 = 2100000 Дж.

4. Нагрев медной емкости:

Теперь посчитаем количество теплоты, необходимое для нагрева медной емкости:

Q4 = m_емкости * c_медь * ΔT

• m_емкости = 0.5 кг (масса медной емкости)
• c_медь = 385 Дж/(кг·°C) (удельная теплоемкость меди)
• ΔT = 100°C - 0°C = 100°C

Q4 = 0.5 * 385 * 100 = 19250 Дж.

5. Общее количество теплоты:

Теперь суммируем все количества теплоты:

Q_всего = Q2 + Q3 + Q4 = 1670000 + 2100000 + 19250 = 3782250 Дж.

6. Количество водяного пара:

Теперь мы знаем, сколько теплоты нам нужно получить от водяного пара. Водяной пар будет конденсироваться и отдавать тепло:

Q_пара = m_пара * L_конденсации

• L_конденсации = 2260000 Дж/кг (теплота конденсации водяного пара)

Теперь найдем массу водяного пара:

m_пара = Q_всего / L_конденсации = 3782250 / 2260000 ≈ 1.67 кг.

Ответ: Для доведения до температуры кипения 5 кг льда, находящегося при 0°C, в медной емкости массой 500 г потребуется примерно 1.67 кг водяного пара при 100°C.