Номер 4, страница 339 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Упражнения. Параграф 61. Кипение. Глава 9. Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы. Молекулярная физика и термодинамика - номер 4, страница 339.

Условие.

4. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы 1 л воды, взятой при комнатной температуре $20^\circ C$ и нормальном атмосферном давлении, нагреть до кипения и превратить в пар?

Решение.

Дано:

$V = 1$ л

$t_1 = 20$ °C

$p$ - нормальное атмосферное давление

Справочные данные:

Плотность воды $\rho \approx 1000$ кг/м³

Удельная теплоемкость воды $c = 4200$ Дж/(кг·°С)

Температура кипения воды при нормальном давлении $t_{кип} = 100$ °C

Удельная теплота парообразования воды $L = 2,3 \cdot 10^6$ Дж/кг

Перевод в систему СИ:

$V = 1 \text{ л} = 1 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

Найти:

$Q$ - ?

Решение:

Процесс состоит из двух этапов: нагревание воды до температуры кипения и последующее ее испарение. Общее количество теплоты $Q$ равно сумме количеств теплоты, затраченных на каждом этапе: $Q = Q_1 + Q_2$.

1. Количество теплоты $Q_1$, необходимое для нагревания воды от начальной температуры $t_1$ до температуры кипения $t_{кип}$, вычисляется по формуле:

$Q_1 = c \cdot m \cdot (t_{кип} - t_1)$

Сначала определим массу воды $m$ по ее объему $V$ и плотности $\rho$:

$m = \rho \cdot V = 1000 \text{ кг/м}^3 \cdot 1 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 1$ кг.

Теперь рассчитаем $Q_1$:

$Q_1 = 4200 \text{ Дж/(кг·°С)} \cdot 1 \text{ кг} \cdot (100 \text{ °C} - 20 \text{ °C}) = 4200 \cdot 80 = 336000$ Дж.

2. Количество теплоты $Q_2$, необходимое для превращения воды в пар при температуре кипения, вычисляется по формуле:

$Q_2 = L \cdot m$

Рассчитаем $Q_2$:

$Q_2 = 2,3 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг} \cdot 1 \text{ кг} = 2300000$ Дж.

3. Найдем общее количество теплоты $Q$:

$Q = Q_1 + Q_2 = 336000 \text{ Дж} + 2300000 \text{ Дж} = 2636000$ Дж.

Этот результат можно выразить в килоджоулях: $Q = 2636$ кДж.

Ответ: необходимо затратить 2636000 Дж (или 2636 кДж) теплоты.