В холодную воду при температуре 40 C поместили раскалённый до температуры 850 °С меч. Какая масса воды испарилась, если было 4 л воды, а масса меча, выкованного из железа, равна 4 кг? Нагрели при атом всю воду, а испарилась только часть.
от

1 Ответ

Дано:  
Температура воды = 40 °C = 313 K  
Температура меча = 850 °C = 1123 K  
Изначальный объем воды = 4 л = 0.004 м³  
Масса меча = 4 кг  

Найти:  
Массу испарившейся воды  

Решение:  
Для решения этой задачи можно использовать закон сохранения энергии. Тепло, выделившееся мечом, переходит на нагрев воды и испарение части воды. Мы можем использовать уравнение теплового баланса:  
m_железо * c_железо * ΔT = m_вода * c_вода * ΔT + m_испар * L  

где m - масса, c - удельная теплоемкость, ΔT - изменение температуры, L - удельная теплота испарения. Здесь m_испар - масса испарившейся воды.

Сначала найдем количество теплоты, которое получила вода от раскаленного меча:
Q_железо = m_железо * c_железо * (T_конечная - T_начальная)  
Q_железо = 4 кг * 0.45 кДж/(кг*°C) * (1123 K - 313 K) = 1440 кДж  

Теперь используем это значение, чтобы найти массу испарившейся воды:  
1440 кДж = 0.004 м³ * 4.18 кДж/(кг*°C) * (850 K - 313 K) + m_испар * 2257 кДж/кг  
m_испар = (1440 кДж - 0.004 м³ * 4.18 кДж/(кг*°C) * (850 K - 313 K)) / 2257 кДж/кг ≈ 0.538 кг  

Ответ:  
Испарилась примерно 0.538 кг воды.
от