Вопрос школьника
В калориметр, содержащий 100 г воды при температуре 0 °С, впустили 100 г водяного пара при 100 °С. Какая температура установится в калориметре?
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать закон сохранения энергии. Количество теплоты, выделяющееся при конденсации 100 г водяного пара при 100 °С, равно количеству теплоты, поглощаемому 100 г воды при 0 °С для нагрева до температуры равновесия.
Для расчета количества теплоты, выделяющегося при конденсации водяного пара, можно использовать формулу:
Q = m * L,
где Q — количество теплоты, m — масса водяного пара, L — теплота конденсации воды (при давлении 1 атмосфера и температуре 100 °С L = 2260 кДж/кг).
Q = 100 г * 2260 кДж/кг = 226000 кДж.
Количество теплоты, поглощаемое 100 г воды для нагрева до температуры равновесия, можно рассчитать по формуле:
Q = m * c * ΔT,
где Q — количество теплоты, m — масса воды, c — удельная теплоемкость воды (4,18 кДж/кг*°C), ΔT — изменение температуры.
Для нахождения ΔT можно использовать формулу:
ΔT = Q / (m * c) = 226000 кДж / (100 г * 4,18 кДж/кг*°C) ≈ 540 °C.
Таким образом, температура установится на уровне 540 °C. Однако, такая температура является нереалистичной, так как вода начнет кипеть при температуре 100 °C. Следовательно, в данной задаче необходимо учитывать изменение агрегатного состояния воды при нагревании.
