Какое количество теплоты необходимо для обращения в пар воды массой 200 г, взятой при температуре 20 °С? Изобразите процесс графически.

Получай решения и ответы с помощью нашего бота

Решение

reshalka.com

ГДЗ Физика 7-9 классы сборник вопросов и задач к учебнику Перышкина автор Марон. Испарение. Насыщенный и ненасыщенный пар. Кипение. Номер №838

Решение

Дано:
m = 200 г;
$t_{1} = 20$ °С;
$t_{2} = 100$ °С;
$с = 4200 \frac{Дж}{кг * °С}$;
$L = 2,3 * 10^{6}$ Дж/кг.
Найти:
Q − ?
СИ:
m = 0,2 кг.
Решение:
Количество теплоты, необходимое для нагревания воды до температуры кипения:
$Q_{нагр} = сm (t_{2} - t_{1})$;
$Q_{нагр} = 4200 * 0,2 * (100 - 20) = 67200$ Дж;
Количество теплоты, необходимое для парообразования воды при 100 °С:
$Q_{пар} = Lm$;
$Q_{пар} = 2,3 * 10^{6} * 0,2 = 460 000$ Дж;
Общее количество теплоты:
$Q = Q_{нагр} + Q_{пар}$;
Q = 67200 + 460 000 = 527 200 Дж = 527,2 кДж.
Ответ: 527,2 кДж.

Решение рисунок 1

Теория по заданию

Для решения задачи о нагревании воды и превращении её в пар необходимо рассмотреть несколько этапов теплообмена. Каждый этап соответствует определённому процессу, на который затрачивается теплота. Для понимания теоретической основы разберём ключевые понятия и закономерности.

Количество теплоты Количество теплоты, передаваемой телу или выделяемой им, рассчитывается по формуле: $$ Q = cm\Delta t, $$ где:
$ Q $ — количество теплоты (Дж);
$ c $ — удельная теплоёмкость вещества (Дж/(кг·°С));
$ m $ — масса вещества (кг);
$ \Delta t $ — изменение температуры (°С).

Для воды удельная теплоёмкость $ c $ равна $ 4200 \, \text{Дж/(кг·°С)} $.

Переход из жидкого состояния в парообразное При превращении жидкости в пар происходит фазовый переход, который требует дополнительной энергии — скрытой теплоты парообразования. Эта энергия рассчитывается по формуле: $$ Q_{\text{пар}} = Lm, $$ где:
$ Q_{\text{пар}} $ — количество теплоты, необходимое для парообразования (Дж);
$ L $ — удельная теплота парообразования (Дж/кг);
$ m $ — масса вещества (кг).

Для воды удельная теплота парообразования $ L $ равна $ 2.3 \times 10^6 \, \text{Дж/кг} $.

Этапы процесса Чтобы превратить воду массой $ 200 \, \text{г} = 0.2 \, \text{кг} $, нагретую до $ 20 \, \text{°С} $, в пар, необходимо выполнить следующие этапы:
Нагреть воду от $ 20 \, \text{°С} $ до $ 100 \, \text{°С} $: Теплоту, необходимую для этого, рассчитывают с использованием формулы $ Q = cm\Delta t $.
Превратить воду при $ 100 \, \text{°С} $ в пар: Теплоту, необходимую для этого, рассчитывают с использованием формулы $ Q_{\text{пар}} = Lm $.
Графическое представление процесса
Процесс можно изобразить на графике зависимости температуры ($ t $) от количества теплоты ($ Q $).
На первом участке графика (от $ Q = 0 $ до $ Q = Q_1 $) температура воды будет линейно расти от $ 20 \, \text{°С} $ до $ 100 \, \text{°С}. Это обусловлено нагреванием воды. - На втором участке графика (от \( Q = Q_1 $ до $ Q = Q_2 $) температура воды остаётся постоянной на уровне ( 100 \, \text{°С}, но происходит фазовый переход — испарение. На этом участке графика теплота растёт, но температура не изменяется.

Таким образом, график будет состоять из двух частей:
1) наклонная линия (нагревание воды);
2) горизонтальная линия (испарение воды).

Эти этапы отражают физические процессы, происходящие с водой.