Сосуд Дьюара был проверен на теплоизоляционные свойства путем помещения в него 50 г льда при 0℃. Проверка показала

Содержание: Теплопроводность и расчет теплообмена.

Разъяснение: Для решения данной задачи, нужно учесть, что жидкий кислород в сосуде будет испаряться, а это значит, что нужно рассчитать количество энергии, необходимое для испарения этого кислорода и для плавления льда, который ранее находился в сосуде.

Поскольку задача охватывает трехфазный процесс, первым шагом будет рассчитать количество тепла, необходимого для плавления льда и нагрева его до комнатной температуры. Для этого используем формулу:

Q1 = m * Lf + m * C * (T2 - T1),

где
Q1 - количество тепла, необходимое для плавления льда и нагрева его до комнатной температуры,
m - масса льда,
Lf - удельная теплота плавления льда,
C - удельная теплоемкость вещества (для воды это 4,18 кДж/кг * °C),
T2 - комнатная температура,
T1 - температура плавления льда.

Теперь нужно рассчитать количество тепла, необходимое для испарения жидкого кислорода. Для этого используется формула:

Q2 = m * Lv,

где
Q2 - количество тепла, необходимое для испарения жидкого кислорода,
m - масса жидкого кислорода,
Lv - удельная теплота парообразования кислорода.

Теперь, зная полученные значения Q1 и Q2, можно рассчитать общее количество тепла, которое освободилось за время испарения жидкого кислорода:

Q_total = Q1 + Q2.

Теперь остается узнать, какая часть из первоначального количества жидкого кислорода останется в сосуде через сутки. Для этого воспользуемся формулой:

m_left = m - (Q_total / Lv),

где
m_left - масса оставшегося жидкого кислорода,
m - первоначальная масса жидкого кислорода.

Пример:
Дано:
m = 2 кг,
Lf = 330 кДж/кг,
C = 4,18 кДж/кг * °C,
T2 = 20°C,
T1 = 0°C,
Lv = 214 кДж/кг.

1. Рассчитаем Q1:
Q1 = 50 г * 330 кДж/кг + 50 г * 4,18 кДж/кг * °C * (20°C - 0°C) = 16500 кДж + 415 кДж/°C * 20°C = 16500 кДж + 8300 кДж = 24800 кДж.

2. Рассчитаем Q2:
Q2 = 2 кг * 214 кДж/кг = 428 кДж.

3. Рассчитаем Q_total:
Q_total = 24800 кДж + 428 кДж = 25228 кДж.

4. Рассчитаем m_left:
m_left = 2 кг - (25228 кДж / 214 кДж/кг) = 2 кг - 118 кг = 1.882 кг.

Таким образом, через сутки в сосуде останется примерно 1.882 кг жидкого кислорода.

Совет: Для понимания этой темы полезно изучить основы термодинамики и теплообмена. Уделите внимание формулам, используемым при решении подобных задач, и понимайте, как они связаны с физическими процессами, происходящими с веществами.

Закрепляющее упражнение: Предположим, вместо льда в начале эксперимента в сосуде находилась вода при той же температуре. Как это повлияет на результат через сутки?