Задача по физике Водяной пар массой 0,5 кг и температурой 120 С находится в закрытой емкости. Пар охлаждается до тех пор, пока не будет получен лед при температуре -10 C. a) Рассчитайте количество тепла, необходимое на каждой из 5 ступеней. б) Изобразите изменение температуры в зависимости от времени в зависимости от масштаба. в) На какой стадии требуется больше всего времени; который - самый маленький.

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

a) Переход водяного пара в лед происходит на следующих стадиях:

Нагрев пара от 120 C до точки кипения (100 C) - тепло поглощается:
Q = m c ΔT = 0,5 кг 2,01 кДж/(кг °C) * (100 C - 120 C) = -20,1 кДж

Испарение воды при температуре 100 C - тепло поглощается:
Q = m L = 0,5 кг 2260 кДж/кг = -1130 кДж

Охлаждение пара от 100 C до 0 C - тепло выделяется:
Q = m c ΔT = 0,5 кг 2,01 кДж/(кг °C) * (100 C - 0 C) = -100,5 кДж

Переход воды в лед при 0 C - тепло выделяется:
Q = m L = 0,5 кг 334 кДж/кг = -167 кДж

Охлаждение льда от 0 C до -10 C - тепло выделяется:
Q = m c ΔT = 0,5 кг 2,06 кДж/(кг °C) * (0 C - (-10 C)) = -10,3 кДж

Итак, общее количество тепла, необходимое на каждой стадии:

-20,1 кДж-1130 кДж-100,5 кДж-167 кДж-10,3 кДж

б) Изменения температуры в зависимости от времени можно представить на графике, где ось X будет временем, а ось Y - температурой. Примерный вид графика будет:

| +100 C
| +
| +
Темп- -|----+----------
ерату- | +
ра | +
| +
|+ <-------- +0 C
| +
| + +Лед (-10 C)
| +
| +

в) Больше всего времени потребуется на стадии испарения воды при температуре 100 C, так как на этой стадии требуется больше тепла, чем на остальных стадиях. Самый короткий этап - охлаждение льда от 0 C до -10 C, так как на этой стадии требуется меньше всего тепла.