На рисунке 114 приведён график конденсации пара и охлаждения жидкости. Какая это жидкость? Сколько времени длился процесс конденсации? Какое количество теплоты выделится при конденсации пара массой 0,5 кг?

рис. 114

Для решения задачи необходимо подробно разобраться в процессах, происходящих с веществом, и применить законы тепловых явлений.

1. Физические процессы, изображённые на графике:

   • На графике представлены три участка: AB, BC и AC. Каждый из них соответствует определённой фазе изменения состояния вещества:
   • AB (горизонтальный участок) — этот участок соответствует конденсации пара. Температура остаётся постоянной (100 °C), что свидетельствует о фазовом переходе из газообразного состояния (пара) в жидкое. При этом выделяется тепло, но температура не меняется, так как вся энергия уходит на фазовый переход.
   • BC (наклонный участок) — этот участок соответствует охлаждению жидкости. Температура жидкости понижается с 100 °C до 20 °C. Здесь тепло выделяется в результате снижения температуры, но уже без изменения агрегатного состояния.
   • AC (общий процесс) — график демонстрирует совокупный процесс, включающий сначала фазовый переход (конденсацию), а затем охлаждение.

2. Идентификация вещества:

   • Температура конденсации (перехода из газа в жидкость) на графике равна 100 °C. Это температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Следовательно, рассматриваемая жидкость — вода.

3. Процесс конденсации:

   • Конденсация — это процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое. При этом вещество выделяет скрытую теплоту конденсации. Формула для вычисления выделяемой теплоты при конденсации: $$ Q = r \cdot m, $$ где:
   • $ Q $ — количество выделяемой теплоты (Дж),
   • $ r $ — удельная теплота парообразования (или конденсации) вещества (для воды $ r = 2,3 \times 10^6 \, \text{Дж/кг} $),
   • $ m $ — масса конденсирующегося пара (кг).

Длительность процесса конденсации можно определить по горизонтальному участку графика (AB). Время на этом участке показывает, сколько времени длился фазовый переход.

1. Охлаждение жидкости:

   • После конденсации начинается охлаждение жидкости. На участке BC температура воды уменьшается от 100 °C до 20 °C. Формула для вычисления количества выделяющегося тепла при охлаждении жидкости: $$ Q = c \cdot m \cdot \Delta t, $$ где:
   • $ Q $ — количество тепла (Дж),
   • $ c $ — удельная теплоёмкость вещества (для воды $ c = 4200 \, \text{Дж/(кг·°C)} $),
   • $ \Delta t $ — изменение температуры (разность начальной и конечной температуры, $ \Delta t = T_{\text{нач}} - T_{\text{кон}} $),
   • $ m $ — масса жидкости (кг).

2. Анализ графика:

   • По горизонтальной оси графика можно определить время, соответствующее каждому участку процесса. Например, участок AB отражает время, необходимое для завершения конденсации.

3. Общий подход к решению задачи:

   • Чтобы ответить на вопросы задачи, нужно:
   • Определить продолжительность конденсации (по участку AB),
   • Рассчитать выделившееся количество теплоты при конденсации пара с помощью формулы $ Q = r \cdot m $,
   • Убедиться, что вещество — вода (по температуре фазового перехода, равной 100 °C).

Применяя данные из графика и физические законы, можно вычислить искомые величины.