Номер 63, страница 271 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Задачи и упражнения - номер 63, страница 271.

Условие.

63. Водяной пар, температура которого 100 °С, конденсируется, и образовавшаяся из него вода остывает до 0 °С. Какое количество теплоты выделяется при этом, если масса пара 1 кг? Начертите примерный график зависимости температуры вещества от времени для рассматриваемого процесса.

Решение.

Расчет количества теплоты

Дано:

Начальная температура пара, $t_1 = 100 \text{ °C}$
Конечная температура воды, $t_2 = 0 \text{ °C}$
Масса пара, $m = 1 \text{ кг}$
Удельная теплота парообразования воды, $L = 2.3 \times 10^6 \text{ Дж/кг}$
Удельная теплоемкость воды, $c = 4200 \text{ Дж/(кг·°C)}$

Найти:

Общее количество выделившейся теплоты, $Q_{общ}$

Решение:

Процесс выделения теплоты состоит из двух этапов. Сначала водяной пар конденсируется, превращаясь в воду при постоянной температуре, а затем образовавшаяся вода остывает.

1. Количество теплоты $Q_1$, выделяющееся при конденсации пара массой $\text{m}$ при температуре кипения, находится по формуле:

$Q_1 = L \cdot m$

2. Количество теплоты $Q_2$, выделяющееся при остывании образовавшейся воды от $t_1$ до $t_2$, находится по формуле:

$Q_2 = c \cdot m \cdot (t_1 - t_2)$

Общее количество выделившейся теплоты $Q_{общ}$ равно сумме теплоты, выделившейся на каждом этапе:

$Q_{общ} = Q_1 + Q_2 = L \cdot m + c \cdot m \cdot (t_1 - t_2)$

Выполним расчеты для каждого этапа:

$Q_1 = 2.3 \times 10^6 \text{ Дж/кг} \cdot 1 \text{ кг} = 2.3 \times 10^6 \text{ Дж}$

$Q_2 = 4200 \text{ Дж/(кг·°C)} \cdot 1 \text{ кг} \cdot (100 \text{ °C} - 0 \text{ °C}) = 4200 \cdot 100 \text{ Дж} = 420000 \text{ Дж} = 0.42 \times 10^6 \text{ Дж}$

Теперь найдем общее количество теплоты:

$Q_{общ} = 2.3 \times 10^6 \text{ Дж} + 0.42 \times 10^6 \text{ Дж} = 2.72 \times 10^6 \text{ Дж}$

Это значение можно выразить в мегаджоулях: $2.72 \text{ МДж}$.

Ответ: при конденсации пара и последующем остывании воды выделится $2.72 \times 10^6$ Дж (или 2.72 МДж) теплоты.

Примерный график зависимости температуры вещества от времени

График зависимости температуры от времени для данного процесса будет состоять из двух участков:

1. Горизонтальный участок, соответствующий процессу конденсации пара. В течение этого времени вещество переходит из газообразного состояния в жидкое, а его температура остается постоянной и равной 100 °C.

2. Наклонный участок, соответствующий процессу остывания воды от 100 °C до 0 °C. При условии равномерной теплоотдачи температура будет убывать линейно со временем.

Ответ: примерный график зависимости температуры от времени для рассматриваемого процесса представлен на рисунке выше.