Номер 34, страница 21 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-8. Испарение и конденсация. Влажность воздуха. Кипение - номер 34, страница 21.

Условие.

34. Какое количество теплоты необходимо, чтобы из льда массой $2 \text{ кг}$, взятого при температуре $-10 \degree \text{C}$, получить стоградусный пар?

Решение.

Дано:

Масса льда $m = 2 \text{ кг}$
Начальная температура льда $t_1 = -10 \text{ °C}$
Конечная температура пара $t_2 = 100 \text{ °C}$

Все данные уже представлены в единицах, совместимых с СИ. Масса выражена в килограммах (кг), а для расчетов изменения температуры разница в градусах Цельсия (°C) равна разнице в Кельвинах (K). Поэтому дополнительный перевод не требуется.

Найти:

$Q_{общ}$ — общее количество теплоты.

Решение:

Процесс превращения льда при $-10 \text{ °C}$ в пар при $100 \text{ °C}$ состоит из четырех последовательных этапов. Общее количество необходимой теплоты будет равно сумме теплоты, затраченной на каждом этапе.

Для расчетов используем следующие справочные значения:
- Удельная теплоемкость льда: $c_л = 2100 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$
- Удельная теплота плавления льда: $\lambda = 3.3 \cdot 10^5 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}}$
- Удельная теплоемкость воды: $c_в = 4200 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$
- Удельная теплота парообразования воды: $L = 2.3 \cdot 10^6 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}}$

1. Нагревание льда от $-10 \text{ °C}$ до температуры плавления $0 \text{ °C}$.
Количество теплоты $Q_1$ для этого этапа: $Q_1 = c_л \cdot m \cdot (t_{пл} - t_1) = 2100 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}} \cdot 2 \text{ кг} \cdot (0 \text{ °C} - (-10 \text{ °C})) = 42000 \text{ Дж}$.

2. Плавление льда при $0 \text{ °C}$ (фазовый переход из твердого состояния в жидкое).
Количество теплоты $Q_2$ для этого этапа: $Q_2 = \lambda \cdot m = 3.3 \cdot 10^5 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} \cdot 2 \text{ кг} = 660000 \text{ Дж}$.

3. Нагревание полученной воды от $0 \text{ °C}$ до температуры кипения $100 \text{ °C}$.
Количество теплоты $Q_3$ для этого этапа: $Q_3 = c_в \cdot m \cdot (t_{кип} - t_{пл}) = 4200 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}} \cdot 2 \text{ кг} \cdot (100 \text{ °C} - 0 \text{ °C}) = 840000 \text{ Дж}$.

4. Превращение воды в пар при $100 \text{ °C}$ (фазовый переход из жидкого состояния в газообразное).
Количество теплоты $Q_4$ для этого этапа: $Q_4 = L \cdot m = 2.3 \cdot 10^6 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} \cdot 2 \text{ кг} = 4600000 \text{ Дж}$.

5. Суммарное количество теплоты.
Общее количество теплоты $Q_{общ}$ равно сумме количеств теплоты на всех этапах: $Q_{общ} = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4$
$Q_{общ} = 42000 \text{ Дж} + 660000 \text{ Дж} + 840000 \text{ Дж} + 4600000 \text{ Дж} = 6142000 \text{ Дж}$.

Выразим ответ в мегаджоулях для удобства: $6142000 \text{ Дж} = 6.142 \text{ МДж}$.

Ответ: $6142000 \text{ Дж}$ или $6.142 \text{ МДж}$.