Номер 5, страница 85 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 5. Агрегатные состояния вещества. Параграф 24. Кипение. Удельная теплота парообразования. Задания и упражнения - номер 5, страница 85.

Условие.

5. Какое количество теплоты выделится при конденсации водяного пара массой 0,052 кг, находящегося при температуре кипения, и остывании полученной из пара воды до $20 \text{ °C}$? Удельная теплота парообразования воды при $100 \text{ °C}$ равна $2,3 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг}$, удельная теплоёмкость воды — $4,2 \cdot 10^3 \text{ Дж/(кг} \cdot \text{К)}$.

Решение.

Дано:

Масса водяного пара, $m = 0,052$ кг
Начальная температура пара (температура кипения), $t_1 = 100$ °C
Конечная температура воды, $t_2 = 20$ °C
Удельная теплота парообразования воды, $L = 2,3 \cdot 10^6$ Дж/кг
Удельная теплоёмкость воды, $c = 4,2 \cdot 10^3$ Дж/(кг·К)

Найти:

Общее количество выделившейся теплоты $\text{Q}$.

Решение:

Процесс выделения теплоты состоит из двух этапов:

1. Конденсация водяного пара в воду при температуре кипения (100 °C). Количество теплоты $Q_1$, выделяющееся при этом, находится по формуле:

$Q_1 = L \cdot m$

2. Остывание образовавшейся воды от температуры кипения $t_1$ до конечной температуры $t_2$. Количество теплоты $Q_2$, выделяющееся при этом, находится по формуле:

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

Общее количество выделившейся теплоты $\text{Q}$ равно сумме теплоты, выделившейся на каждом из этапов:

$Q = Q_1 + Q_2 = L \cdot m + c \cdot m \cdot (t_1 - t_2)$

Рассчитаем количество теплоты для каждого этапа.

Количество теплоты, выделившееся при конденсации пара:

$Q_1 = 2,3 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} \cdot 0,052 \text{ кг} = 119600 \text{ Дж}$

Количество теплоты, выделившееся при остывании воды:

Изменение температуры составляет $\Delta t = t_1 - t_2 = 100 \text{ °C} - 20 \text{ °C} = 80 \text{ °C}$.

Так как изменение температуры в градусах Цельсия равно изменению в Кельвинах, то $\Delta T = 80$ К.

$Q_2 = 4,2 \cdot 10^3 \frac{Дж}{кг \cdot К} \cdot 0,052 \text{ кг} \cdot 80 \text{ К} = 17472 \text{ Дж}$

Сложим полученные значения, чтобы найти общее количество теплоты:

$Q = Q_1 + Q_2 = 119600 \text{ Дж} + 17472 \text{ Дж} = 137072 \text{ Дж}$

Для удобства можно перевести результат в килоджоули:

$137072 \text{ Дж} \approx 137,1 \text{ кДж}$

Ответ: выделится $137072$ Дж теплоты.