В сосуд, содержащий 1,5 кг воды при температуре 20°С, впускают 200 г водяного пара при температуре 100°С. Какая общая температура установится в сосуде после конденсации пара? (Удельная теплоемкость воды составляет 4200 Дж/кг*°С; удельная теплота парообразования 2,3 • 105 Дж/кг.)

Физика 9 класс Теплообмен и теплота конденсации физика 9 класс температура сосуд вода водяной пар конденсация удельная теплоёмкость удельная теплота парообразования тепловой баланс теплообмен термодинамика расчет температуры физические задачи Новый

Для решения этой задачи нужно учитывать, что при конденсации пара выделяется тепло, которое будет передано воде, тем самым повысив её температуру. Мы будем использовать закон сохранения энергии, согласно которому количество теплоты, выделяемое паром, равно количеству теплоты, поглощаемой водой.

Давайте разберем шаги решения:

1. Определим количество теплоты, выделяемое водяным паром при конденсации:
• Масса пара: m_пара = 0,2 кг.
• Удельная теплота парообразования: L = 2,3 • 10⁵ Дж/кг.
• Количество теплоты, выделяемое при конденсации пара: Q_{конденсация} = m_пара * L = 0,2 кг * 2,3 • 10⁵ Дж/кг = 46000 Дж.
2. Определим количество теплоты, выделяемое паром при охлаждении от 100°C до температуры смеси:
• Удельная теплоемкость воды: c = 4200 Дж/кг*°С.
• Количество теплоты, выделяемое паром при охлаждении: Q_{охлаждение} = m_пара * c * (100°C - T), где T — конечная температура смеси.
3. Определим количество теплоты, поглощаемое водой:
• Масса воды: m_воды = 1,5 кг.
• Количество теплоты, поглощаемое водой: Q_вода = m_воды * c * (T - 20°C).
4. Составим уравнение теплового баланса:
• Q_{конденсация} + Q_{охлаждение} = Q_вода.
• 46000 Дж + 0,2 кг * 4200 Дж/кг*°С * (100°C - T) = 1,5 кг * 4200 Дж/кг*°С * (T - 20°C).
5. Решим уравнение для нахождения T:
• 46000 + 840 * (100 - T) = 6300 * (T - 20).
• 46000 + 84000 - 840T = 6300T - 126000.
• 130000 + 126000 = 6300T + 840T.
• 256000 = 7140T.
• T = 256000 / 7140 ≈ 35,9°C.

Таким образом, общая температура, которая установится в сосуде после конденсации пара, составит примерно 35,9°C.