Номер 7.43, страница 41 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 7. Испарение, конденсация, кипение - номер 7.43, страница 41.

Условие.

7.43. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы нагреть воду массой 5 кг от температуры 0 °C до кипения и полностью выпарить ее?

Решение.

Дано:

Масса воды, $m = 5$ кг

Начальная температура воды, $t_1 = 0$ °C

Конечная температура воды (температура кипения при нормальном давлении), $t_2 = 100$ °C

Удельная теплоемкость воды, $c = 4200 \, \frac{Дж}{кг \cdot °C}$

Удельная теплота парообразования воды, $L = 2.3 \cdot 10^6 \, \frac{Дж}{кг}$

Найти:

Общее количество теплоты, $\text{Q}$

Решение:

Процесс, описанный в задаче, состоит из двух этапов:

1. Нагревание воды от начальной температуры до температуры кипения.

2. Парообразование (кипение) всей массы воды при температуре кипения.

Общее количество теплоты $\text{Q}$ равно сумме количества теплоты, затраченной на каждом этапе: $Q = Q_1 + Q_2$.

1. Рассчитаем количество теплоты $Q_1$, необходимое для нагревания воды. Оно находится по формуле:

$Q_1 = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1)$

Подставим числовые значения:

$Q_1 = 4200 \, \frac{Дж}{кг \cdot °C} \cdot 5 \, кг \cdot (100 \, °C - 0 \, °C) = 4200 \cdot 5 \cdot 100 \, Дж = 2100000 \, Дж = 2.1 \cdot 10^6 \, Дж$

2. Рассчитаем количество теплоты $Q_2$, необходимое для полного испарения воды при температуре кипения. Оно находится по формуле:

$Q_2 = L \cdot m$

Подставим числовые значения:

$Q_2 = 2.3 \cdot 10^6 \, \frac{Дж}{кг} \cdot 5 \, кг = 11.5 \cdot 10^6 \, Дж$

3. Теперь найдем общее количество теплоты $\text{Q}$, сложив $Q_1$ и $Q_2$:

$Q = Q_1 + Q_2 = 2.1 \cdot 10^6 \, Дж + 11.5 \cdot 10^6 \, Дж = 13.6 \cdot 10^6 \, Дж$

Результат можно выразить в мегаджоулях (МДж), зная, что $1 \, МДж = 10^6 \, Дж$:

$Q = 13.6 \, МДж$

Ответ: необходимо затратить $13.6 \cdot 10^6$ Дж (или 13.6 МДж) теплоты.