Вопрос школьника
Сколько энергии потребуется для полного расплавления и превращения в пар куска льда массой 4,5 кг и температурой -10 °С? (Удельная теплоемкость льда 2100 Дж/кг·°С, удельная теплота плавления льда 340 кДж/кг, удельная теплота парообразования воды 23 МДж/кг.)
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо разбить процесс на три этапа: нагревание льда до температуры плавления, плавление льда и нагревание воды до температуры кипения и ее испарение.
1. Нагревание льда до температуры плавления:
Q1 = m * c * ΔT
где Q1 — количество теплоты, необходимое для нагревания льда до температуры плавления, m — масса льда, c — удельная теплоемкость льда, ΔT — изменение температуры.
Q1 = 4,5 кг * 2100 Дж/кг·°С * (0 °С — (-10) °С) = 94 500 Дж
2. Плавление льда:
Q2 = m * L
где Q2 — количество теплоты, необходимое для плавления льда, L — удельная теплота плавления льда.
Q2 = 4,5 кг * 340 кДж/кг = 1 530 000 Дж
3. Нагревание воды до температуры кипения и ее испарение:
Q3 = m * c * ΔT + m * L1
где Q3 — количество теплоты, необходимое для нагревания воды до температуры кипения и ее испарения, L1 — удельная теплота парообразования воды.
Q3 = 4,5 кг * 4186 Дж/кг·°С * (100 °С — 0 °С) + 4,5 кг * 23 МДж/кг = 4 185 000 Дж + 103 500 000 Дж = 107 685 000 Дж
Таким образом, общее количество энергии, необходимое для полного расплавления и превращения в пар куска льда массой 4,5 кг и температурой -10 °С, составляет:
Q = Q1 + Q2 + Q3 = 94 500 Дж + 1 530 000 Дж + 107 685 000 Дж = 109 309 500 Дж.
