Физика - переход пара в жидкость
В кастрюле закипело 200 мл воды, после чего ее накрыли алюминиевой крышкой весом 450 грамм. Сколько пара
В кастрюле закипело 200 мл воды, после чего ее накрыли алюминиевой крышкой весом 450 грамм. Сколько пара сконденсировалось при данной процедуре, если температура воды изначально составляла 60 °C, а температура крышки - 10 °C? При воздействии пара температура крышки поднялась до 100 °C.
09.09.2024 19:41
Написать свой ответ:
Пояснение: При закипании воды, ее молекулы приобретают достаточно энергии для преодоления сил притяжения и переходят в состояние пара. Пар находится в газообразной форме, пока сохраняется достаточно тепла и давления. Однако, когда пар достигает поверхности холодного предмета, происходит обратный процесс - конденсация. Пар прилипает к поверхности, возвращаясь в жидкое состояние.
Для решения данной задачи необходимо рассмотреть изменение температуры крышки после ее контакта с паром. Для этого воспользуемся законом сохранения теплоты: количество отданной теплоты водой равно количеству поглощенной теплоты крышкой.
Сначала найдем количество теплоты, которое отдала вода, используя формулу:
Q = mcΔT,
где Q - количество теплоты, m - масса вещества (в данном случае вода), c - удельная теплоемкость воды, ΔT - изменение температуры.
m = 200 г, c = 4,18 Дж/(г*°C), ΔT = (100-60)°C = 40°C.
Q = 200 г * 4,18 Дж/(г*°C) * 40°C = 33440 Дж.
Теперь найдем количество теплоты, которое поглотила крышка. Для этого воспользуемся той же формулой, но на этот раз ΔT будет разницей температур крышки до и после контакта с паром.
m = 450 г, c = 0,897 Дж/(г*°C), ΔT = (100-10)°C = 90°C.
Q = 450 г * 0,897 Дж/(г*°C) * 90°C = 36427,5 Дж.
Зная, что количество отданной и поглощенной теплоты равны, можно выразить количество сконденсировавшегося пара:
m = Q / (L * ΔT).
Здесь L - удельная теплота парообразования воды (2,26 * 10^6 Дж/кг).
m = (33440 Дж + 36427,5 Дж) / (2,26 * 10^6 Дж/кг * 40°C) = 0,7422 кг.
Таким образом, при данной процедуре сконденсировалось около 0,7422 кг пара.
Совет: Для лучшего понимания и освоения этой темы рекомендуется изучить удельную теплоемкость и удельную теплоту парообразования разных веществ. А также обратить внимание на значение и использование закона сохранения теплоты.
Проверочное упражнение: В кастрюле закипело 300 мл воды, после чего ее накрыли железной крышкой массой 600 грамм. Температура воды изначально составляла 80 °C, а температура крышки - 15 °C. Какое количество пара сконденсировалось при данной процедуре? (Удельная теплоемкость воды - 4,18 Дж/(г*°C), удельная теплота парообразования воды - 2,26 * 10^6 Дж/кг)