Какое количество теплоты необходимо, чтобы расплавить лед массой 5 кг, взятый при температуре -20°С, а полученную воду нагреть до кипения и 1,5 кг ее испарить? Ответ дайте в кДж. Потерями теплоты на нагревание окружающей среды пренебречь. Удельные теплоемкости льда и воды равны 2100 Дж/(кг∙˚С) и 4200 Дж/(кг∙˚С) соответственно. Удельная теплота плавления льда равна Дж/кг, удельная теплота парообразования воды равна Дж/кг.
Для расплавления льда потребуется Q_1 = m_1 L_1, где m_1 = 5 кг - масса льда, L_1 = 334 кДж/кг - удельная теплота плавления льда. Тогда Q_1 = 5 334 = 1670 кДж.
Для нагревания воды до кипения потребуется Q_2 = m_2 c (t2 - t1), где m_2 = 5 кг - масса воды, c = 4200 Дж/(кг∙˚С) - удельная теплоемкость воды, t1 = 0°С - начальная температура, t2 = 100°С - температура кипения. Тогда Q_2 = 5 4200 (100 - 0) = 2100000 Дж = 2100 кДж.
Для испарения воды потребуется Q_3 = m_3 L_2, где m_3 = 1,5 кг - масса испаряемой воды, L_2 = 2260 кДж/кг - удельная теплота парообразования воды. Тогда Q_3 = 1,5 2260 = 3390 кДж.
Общее количество теплоты, необходимое для выполнения всех указанных процессов: Q = Q_1 + Q_2 + Q_3 = 1670 + 2100 + 3390 = 7160 кДж.
Ответ: Для расплавления льда массой 5 кг, нагревания полученной воды до кипения и испарения 1,5 кг воды необходимо 7160 кДж теплоты.
Для расплавления льда потребуется Q_1 = m_1 L_1, где m_1 = 5 кг - масса льда, L_1 = 334 кДж/кг - удельная теплота плавления льда. Тогда Q_1 = 5 334 = 1670 кДж.
Для нагревания воды до кипения потребуется Q_2 = m_2 c (t2 - t1), где m_2 = 5 кг - масса воды, c = 4200 Дж/(кг∙˚С) - удельная теплоемкость воды, t1 = 0°С - начальная температура, t2 = 100°С - температура кипения. Тогда Q_2 = 5 4200 (100 - 0) = 2100000 Дж = 2100 кДж.
Для испарения воды потребуется Q_3 = m_3 L_2, где m_3 = 1,5 кг - масса испаряемой воды, L_2 = 2260 кДж/кг - удельная теплота парообразования воды. Тогда Q_3 = 1,5 2260 = 3390 кДж.
Общее количество теплоты, необходимое для выполнения всех указанных процессов: Q = Q_1 + Q_2 + Q_3 = 1670 + 2100 + 3390 = 7160 кДж.
Ответ: Для расплавления льда массой 5 кг, нагревания полученной воды до кипения и испарения 1,5 кг воды необходимо 7160 кДж теплоты.