Дано:
Масса воды (m) = 1 кг
Начальная температура (T₀) = -20 °C = 253 K
Температура кипения (T) = 100 °C = 373 K
Удельная теплота парообразования для воды (L) = 2260 кДж/кг
Чтобы рассчитать количество теплоты, затраченное на превращение в пар 1 кг воды при температуре кипения, мы можем разделить этот процесс на два этапа: первый этап - нагревание льда от начальной температуры (-20 °C) до точки плавления (0 °C), а затем плавление льда, и второй этап - нагревание воды от точки плавления (0 °C) до температуры кипения (100 °C), а затем превращение в пар.
Для первого этапа используем удельную теплоемкость льда (c₁) = 2.09 кДж/(кг*°C) и удельная теплота плавления для льда (ΔH₁) = 334 кДж/кг.
Количество теплоты (Q₁) для первого этапа рассчитывается по формуле:
Q₁ = m * c₁ * (0 - T₀) + m * ΔH₁
Для второго этапа нам необходима удельная теплоемкость жидкой воды (c₂) = 4.18 кДж/(кг*°C).
Количество теплоты (Q₂) для второго этапа рассчитывается по формуле:
Q₂ = m * c₂ * (T - 0) + m * L
Общее количество теплоты, затраченное на превращение в пар 1 кг воды при температуре кипения, равно сумме Q₁ и Q₂.
После проведения всех вычислений, общее количество теплоты, затраченное на превращение в пар 1 кг воды при температуре кипения, составляет 2684 кДж.