Дано:
Масса льда m = 3 кг
Температура начальная T1 = -40 °C
Температура конечная T2 = 100 °C
Для воды:
Удельная теплоёмкость льда c_лед = 2100 Дж/(кг·°C)
Удельная теплоёмкость воды c_вода = 4200 Дж/(кг·°C)
Скрытая теплота плавления льда L_плавл = 334 000 Дж/кг
Скрытая теплота парообразования воды L_пар = 2 250 000 Дж/кг
Найти: общее количество энергии, необходимое для превращения льда в пар.
Решение:
Процесс можно разбить на несколько этапов:
1. Нагрев льда от -40 °C до 0 °C:
Q1 = m * c_лед * (T2_плавл - T1)
Q1 = 3 кг * 2100 Дж/(кг·°C) * (0 - (-40)) °C
Q1 = 3 * 2100 * 40
Q1 = 252 000 Дж
2. Плавление льда при 0 °C:
Q2 = m * L_плавл
Q2 = 3 кг * 334 000 Дж/кг
Q2 = 1 002 000 Дж
3. Нагрев воды от 0 °C до 100 °C:
Q3 = m * c_вода * (T2_пар - T2_плавл)
Q3 = 3 кг * 4200 Дж/(кг·°C) * (100 - 0) °C
Q3 = 3 * 4200 * 100
Q3 = 1 260 000 Дж
4. Парообразование воды при 100 °C:
Q4 = m * L_пар
Q4 = 3 кг * 2 250 000 Дж/кг
Q4 = 6 750 000 Дж
Общее количество энергии:
Q_общее = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
Q_общее = 252 000 Дж + 1 002 000 Дж + 1 260 000 Дж + 6 750 000 Дж
Q_общее = 9 264 000 Дж
Ответ: необходимо затратить 9 264 000 Дж энергии.