В сосуде, теплоёмкость которого равна 183 Дж/°С, находится 2 л воды и 1,4 кг льда при 0°С. Чтобы получить воду с температурой 13 °С, в сосуд впускают водяной пар при 100 °С. Определи массу пара. (Удельная теплоёмкость воды с=4200Джкг⋅° С, удельная теплота парообразования =2260000 Дж/кг, удельная теплота плавления льда λ=330000 Дж/кг). Ответ (округли до целого числа)
где мводаводавода - масса воды, cводыводыводы - удельная теплоемкость воды, ΔT - изменение температуры, мльдальдальда - масса льда, λ - удельная теплота плавления, мпарапарапара - масса пара, λпарапарапара - удельная теплота парообразования.
Сначала рассчитаем, сколько тепла необходимо для нагрева воды до 13°C:
Используем закон сохранения энергии:
мводаводавода cводыводыводы ΔT + мльдальдальда λ + мпарапарапара λпарапарапара = 0,
где
мводаводавода - масса воды,
cводыводыводы - удельная теплоемкость воды,
ΔT - изменение температуры,
мльдальдальда - масса льда,
λ - удельная теплота плавления,
мпарапарапара - масса пара,
λпарапарапара - удельная теплота парообразования.
Сначала рассчитаем, сколько тепла необходимо для нагрева воды до 13°C:
Q1 = мводаводавода cводыводыводы 13−013 - 013−0 = 2 4200 13 = 109200 Дж.
Затем рассчитаем, сколько тепла необходимо для плавления льда:
Q2 = мльдальдальда λ = 1.4 330000 = 462000 Дж.
Суммарное количество тепла, необходимое для нагрева воды и плавления льда:
Q1 + Q2 = 109200 + 462000 = 571200 Дж.
Теперь найдем массу пара, необходимую для образования этого количества тепла:
мпарапарапара = Q / λпарапарапара = 571200 / 2260000 ≈ 0.252 кг ≈ 252 г.
Итак, масса пара, необходимая для нагрева воды и плавления льда до 13°C, составляет примерно 252 г.