Теплопередача и теплоёмкость
Какая будет температура в сосуде после опускания раскалённой стальной детали для охлаждения в сосуд с холодной водой
Какая будет температура в сосуде после опускания раскалённой стальной детали для охлаждения в сосуд с холодной водой, если масса воды равна 400 г, масса детали равна 150 г, и 2 г воды мгновенно превращается в пар? Ответ выразите в градусах Цельсия, округлив до десятых. Исходные температуры воды и детали равны 23 градусам Цельсия и 440 градусам Цельсия соответственно. При этом пренебрегаем теплообменом с окружающей средой и теплоёмкостью сосуда. Удельная теплоёмкость воды равна 4200 дж/(кг⋅градус Цельсия), удельная теплоёмкость стали равна 500 дж/(кг⋅градус Цельсия), а удельная теплота парообразования воды равна 2,3 МДж/кг.
21.12.2023 15:59
Написать свой ответ:
Описание:
Чтобы решить эту задачу, нам нужно использовать закон сохранения энергии. Мы можем представить процесс охлаждения как передачу теплоты от горячей стали в холодную воду.
Сначала определим количество теплоты, которое передается от стали к воде. Для этого используем формулу:
Q = mcΔT
Где Q - количество теплоты, m - масса вещества, c - удельная теплоёмкость, ΔT - изменение температуры.
Для воды:
Q_воды = m_воды * c_воды * ΔT_воды
Для стали:
Q_стали = m_стали * c_стали * ΔT_стали
Затем учтем, что количество теплоты, переданное от стали к воде, будет равно количеству теплоты, которое требуется для испарения 2 г воды:
Q_пар = m_пар * L
Где Q_пар - количество теплоты для испарения воды, m_пар - масса испарившейся воды, L - удельная теплота испарения.
С учетом того, что мгновенно испаряется 2 г воды, получим:
Q_пар = 2 г * L
После этого найдем окончательное изменение температуры воды:
ΔT_финальное = (Q_воды + Q_стали - Q_пар) / (m_воды * c_воды)
Найденное значение ΔT_финальное будет использоваться для определения окончательной температуры воды, используя начальную температуру:
T_финальная = T_начальная + ΔT_финальное
Полученное значение T_финальная будет округлено до десятых.
Пример:
Дано:
m_воды = 400 г, m_стали = 150 г, m_пар = 2 г, T_начальная_воды = 23 градуса Цельсия, T_начальная_стали = 440 градусов Цельсия.
c_воды = 4200 дж/(кг⋅градус Цельсия), c_стали = 500 дж/(кг⋅градус Цельсия), L - удельная теплота испарения.
Подставляем значения в формулы и решаем задачу.
Совет:
Чтобы лучше понять эту тему, рекомендуется изучить законы сохранения энергии и взаимодействия тепла с различными веществами. Также полезно понимать, как удельная теплоёмкость и удельная теплота испарения влияют на процессы охлаждения и нагревания.
Упражнение:
Сколько теплоты передано охлаждающей в воде 2 кг горячих камней температурой 80 градусов Цельсия, если изменение их температуры составило 20 градусов Цельсия? Удельная теплоёмкость камней - 800 дж/(кг⋅градус Цельсия). Сколько градусов Цельсия будет вода, изначально имеющая температуру 20 градусов Цельсия? Удельная теплоёмкость воды равна 4200 дж/(кг⋅градус Цельсия). (Ответ дайте с округлением до целых).