Скільки теплоти потрібно надати 50 грамам води, яка має початкову температуру 20 °C, щоб нагріти її до точки кипіння

Предмет вопроса: Тепловой перенос

Инструкция:

Чтобы решить эту задачу, нам необходимо знать некоторые физические свойства воды. Теплота, необходимая для нагревания вещества или его изменения фазы, выражается через удельную теплоемкость и удельную теплоту парообразования.

Удельная теплоемкость воды составляет около 4.18 Дж/(г·°C), что означает, что для нагревания 1 г воды на 1 °C нам потребуется 4.18 Дж теплоты.

Удельная теплота парообразования воды составляет около 2260 кДж/кг, что означает, что для превращения 1 г воды в пар нам потребуется 2260 Дж теплоты.

Для решения задачи мы будем использовать следующую формулу:

Q = m * c * ΔT + m * L,

где Q - теплота, m - масса вещества, c - удельная теплоемкость, ΔT - изменение температуры, L - удельная теплота парообразования.

Теперь посчитаем теплоту, необходимую для нагревания 50 г воды до точки кипения:

Q1 = 50 * 4.18 * (100 - 20) = 16680 Дж.

Затем рассчитаем теплоту, необходимую для превращения половины этой воды в пар:

Q2 = 25 * 2260 = 56500 Дж.

Таким образом, общая теплота, необходимая для нагревания 50 г воды до точки кипения и превращения половины воды в пар, составляет 73180 Дж.

Совет:

Тепловой перенос является важным физическим процессом, поэтому полезно понять основные понятия и формулы, связанные с теплотой и изменением фазы вещества. Знание удельной теплоемкости и удельной теплоты парообразования позволяет решать подобные задачи.

Задание для закрепления:

Какая теплота потребуется, чтобы нагреть 100 г воды с начальной температурой 10 °C до 50 °C? (Удельная теплоемкость воды составляет 4.18 Дж/(г·°C)).

Содержание вопроса: Теплота и фазовые переходы

Объяснение: Чтобы решить эту задачу, мы должны учитывать два процесса: нагревание воды до точки кипения и переход из жидкого состояния в газообразное состояние.

Первым нам необходимо вычислить количество теплоты, необходимое для нагревания воды до точки кипения. Для этого мы используем формулу Q = mcΔt, где Q - количество теплоты, m - масса воды, c - удельная теплоемкость воды, Δt - изменение температуры.

Количество теплоты, необходимое для нагревания воды до точки кипения, можно вычислить следующим образом:
Q1 = mcΔt1

Где m = 50 г, c = 4.18 J/g°C (удельная теплоемкость воды) и Δt1 = 100°C - 20°C = 80°C.

Теперь, чтобы вычислить количество теплоты, необходимое для перехода половины воды в пар, мы используем формулу Q2 = mL, где L - теплота парообразования.

Масса воды для перехода в пар составляет половину от начальной массы воды, то есть 50 г / 2 = 25 г.

Теплоту парообразования воды обозначим как L = 2260 J/g.

Теперь мы можем вычислить количество теплоты, необходимое для парообразования половины воды:
Q2 = mL = 25 г * 2260 J/g = 56500 J.

Теперь мы можем найти общее количество теплоты, необходимое для обоих процессов, суммируя теплоту для нагревания и парообразования:
Q = Q1 + Q2.

Таким образом, общее количество теплоты, которое необходимо предоставить 50 г воды, чтобы нагреть ее до точки кипения и превратить половину этой воды в пару, составляет Q = Q1 + Q2 = 80 г * 4.18 J/g°C + 25 г * 2260 J/g.

Дополнительный материал:
Воспользуемся вычислениями выше и запишем все значения в формулу:
Q = 80 г * 4,18 Дж/г*°C + 25 г * 2260 Дж/г.

Совет: Для более легкого понимания теплоты и фазовых переходов, рекомендуется ознакомиться с понятием удельной теплоемкости и теплоты парообразования. Попробуйте решать и практиковать больше задач, связанных с теплотой и фазовыми переходами, чтобы лучше понять эти концепции.

Задача для проверки:
Сколько теплоты потребуется, чтобы нагреть 100 г воды с начальной температурой 10°C до 50°C? (Удельная теплоемкость воды равна 4.18 J/g°C). Ответ выразите в Дж.