Для превращения льда в пар требуется несколько этапов:
Подогреть лед до точки плавления (0°C): Q1 = m c ΔT, где m - масса льда (4 кг), c - удельная теплоемкость льда (2100 Дж/кг·°C), ΔT = 0 - (-30) = 30°C. Q1 = 4 кг 2100 Дж/кг·°C 30°C = 252000 Дж.
Плавление льда: Q2 = m L, где L - удельная теплота плавления (334000 Дж/кг). Q2 = 4 кг 334000 Дж/кг = 1336000 Дж.
Подогреваем воду от 0°C до 100°C: Q3 = m c ΔT, где m - масса воды (4 кг), c - удельная теплоемкость воды (4186 Дж/кг·°C), ΔT = 100 - 0 = 100°C. Q3 = 4 кг 4186 Дж/кг·°C 100°C = 1674400 Дж.
Испарение воды: Q4 = m L, L - удельная теплота испарения воды (2260000 Дж/кг), Q4 = 4 кг 2260000 Дж/кг = 9040000 Дж.
Таким образом, общее количество теплоты, которое требуется потратить, чтобы превратить 4 кг льда с температурой -30°C в пар с температурой 100°C, равно сумме всех этапов: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 252000 Дж + 1336000 Дж + 1674400 Дж + 9040000 Дж = 12074400 Дж.
Для превращения льда в пар требуется несколько этапов:
Подогреть лед до точки плавления (0°C):
Q1 = m c ΔT,
где m - масса льда (4 кг),
c - удельная теплоемкость льда (2100 Дж/кг·°C),
ΔT = 0 - (-30) = 30°C.
Q1 = 4 кг 2100 Дж/кг·°C 30°C = 252000 Дж.
Плавление льда:
Q2 = m L,
где L - удельная теплота плавления (334000 Дж/кг).
Q2 = 4 кг 334000 Дж/кг = 1336000 Дж.
Подогреваем воду от 0°C до 100°C:
Q3 = m c ΔT,
где m - масса воды (4 кг),
c - удельная теплоемкость воды (4186 Дж/кг·°C),
ΔT = 100 - 0 = 100°C.
Q3 = 4 кг 4186 Дж/кг·°C 100°C = 1674400 Дж.
Испарение воды:
Q4 = m L,
L - удельная теплота испарения воды (2260000 Дж/кг),
Q4 = 4 кг 2260000 Дж/кг = 9040000 Дж.
Таким образом, общее количество теплоты, которое требуется потратить, чтобы превратить 4 кг льда с температурой -30°C в пар с температурой 100°C, равно сумме всех этапов:
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 252000 Дж + 1336000 Дж + 1674400 Дж + 9040000 Дж = 12074400 Дж.
Ответ: 12074400 Дж.