Скільки теплоти потрібно надати, щоб розтопити 5 кг льоду, прийнятого за температури – 10 °С, і нагріти отриману воду

Тема вопроса: Теплота и фазовые переходы

Пояснение: Чтобы решить эту задачу, нам понадобится знание о теплоте и фазовых переходах. Сначала мы должны рассмотреть процесс таяния льда, затем нагревание воды до 100 °C и, наконец, испарение воды.

1. Таяние льда: Для того чтобы растопить 5 кг льда при -10 °C, нам нужно знать теплоту плавления льда, которая составляет 334 кДж/кг. Таким образом, общая теплота, необходимая для расплавления 5 кг льда, будет равна:

Q1 = масса * теплота плавления = 5 кг * 334 кДж/кг

2. Нагревание воды: После того как лед полностью растает, мы должны нагреть полученную воду до 100 °C. Для этого мы используем теплоемкость воды, которая составляет 4.18 кДж/(кг * °C). Таким образом, теплота для нагревания воды до 100 °C будет:

Q2 = масса * теплоемкость * изменение температуры = 5 кг * 4.18 кДж/(кг * °C) * (100 °C - 0 °C)

3. Испарение воды: Когда вода достигает 100 °C, она начинает испаряться. Мы должны использовать теплоту парообразования воды, которая равна 2260 кДж/кг. Таким образом, теплота, необходимая для испарения воды, будет:

Q3 = масса * теплота испарения = 5 кг * 2260 кДж/кг

Чтобы получить общую теплоту, потребную для всех трех процессов, мы должны сложить результаты:

Общая теплота = Q1 + Q2 + Q3

Пример:
У нас есть 5 кг льда при -10 °C. Сколько теплоты потребуется, чтобы растопить лед, нагреть воду до 100 °C и испарить ее?

Совет: Чтобы более глубоко разобраться в этой теме, полезно изучить теплоту фазовых переходов и тепловые свойства различных веществ, таких как вода.

Задача на проверку: Если масса льда составляет 2 кг, а исходная температура -15 °C, сколько теплоты потребуется, чтобы растопить лед, нагреть воду до 80 °C и испарить ее?