Номер 267, страница 43 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Испарение. Насыщенный и ненасыщенный пар. Кипение - номер 267, страница 43.

Условие.

267. Какое количество теплоты необходимо для обращения в пар воды массой 200 г, взятой при температуре 20 °С? Изобразите процесс графически.

Решение.

Расчет количества теплоты

Дано:

Масса воды $m = 200$ г
Начальная температура воды $t_1 = 20$ °C
Температура кипения воды $t_2 = 100$ °C
Удельная теплоемкость воды $c = 4200$ Дж/(кг·°C)
Удельная теплота парообразования воды $L = 2.3 \cdot 10^6$ Дж/кг

Перевод в систему СИ:
$m = 200$ г $= 0.2$ кг

Найти:

Общее количество теплоты $Q_{общ}$ - ?

Решение:

Процесс превращения воды, взятой при температуре 20 °C, в пар состоит из двух этапов:
1. Нагревание воды от начальной температуры $t_1 = 20$ °C до температуры кипения $t_2 = 100$ °C.
2. Парообразование (кипение) всей массы воды при постоянной температуре $t_2 = 100$ °C.
Общее количество теплоты, необходимое для этого, будет равно сумме теплоты, затраченной на каждом этапе: $Q_{общ} = Q_1 + Q_2$.

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

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

Подставим известные значения:

$Q_1 = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C} \cdot 0.2 \, кг \cdot (100 \, °C - 20 \, °C) = 4200 \cdot 0.2 \cdot 80 = 67200$ Дж.

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

$Q_2 = L \cdot m$

Подставим известные значения:

$Q_2 = 2.3 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} \cdot 0.2 \, кг = 0.46 \cdot 10^6 = 460000$ Дж.

3. Найдем общее количество теплоты, сложив теплоту нагревания и теплоту парообразования:

$Q_{общ} = Q_1 + Q_2 = 67200 \, Дж + 460000 \, Дж = 527200$ Дж.

Для удобства можно выразить это значение в килоджоулях (кДж): $527200 \, Дж = 527.2$ кДж.

Ответ: для обращения в пар 200 г воды, взятой при температуре 20 °C, необходимо 527200 Дж (или 527.2 кДж) теплоты.

Графическое изображение процесса

Для графического изображения процесса построим график зависимости температуры вещества ($\text{T}$) от количества подведенной к нему теплоты ($\text{Q}$).
По оси ординат (вертикальной) отложим температуру $\text{T}$ в градусах Цельсия (°C).
По оси абсцисс (горизонтальной) отложим количество полученной теплоты $\text{Q}$ в килоджоулях (кДж).

График будет состоять из двух участков:
1. Нагревание воды. Начальная точка процесса — (0 кДж; 20 °C). По мере подведения тепла температура воды линейно растет до 100 °C. На это уходит $Q_1 = 67.2$ кДж. Этот участок на графике представляет собой наклонную прямую линию от точки (0; 20) до точки (67.2; 100).
2. Кипение воды. Когда температура достигает 100 °C, начинается процесс кипения. Температура остается постоянной до тех пор, пока вся вода не превратится в пар. На это требуется $Q_2 = 460$ кДж. Этот участок на графике — горизонтальная линия на уровне 100 °C, идущая от точки (67.2; 100) до точки (67.2 + 460 = 527.2; 100).

Ответ: График процесса состоит из двух участков: наклонного прямолинейного участка, соответствующего нагреванию воды от 20 °C до 100 °C, и горизонтального участка, соответствующего процессу кипения при 100 °C.