Дано:
- Масса льда, m = 3 кг
- Температура начальная, t1 = -20 °C
- Температура конечная, t2 = 110 °C
- Теплота плавления льда, Lпл = 334 000 Дж/кг
- Теплота парообразования воды, Lп = 2 250 000 Дж/кг
- Удельная теплоёмкость льда, cлед = 2100 Дж/(кг·°C)
- Удельная теплоёмкость воды, cв = 4200 Дж/(кг·°C)
- Удельная теплоёмкость пара, cп = 2000 Дж/(кг·°C)
Найти: количество теплоты, необходимое для превращения льда массой 3 кг при температуре -20 °C в пар при температуре 110 °C.
Решение:
Для того чтобы превратить лёд в пар, необходимо пройти несколько этапов:
1. Нагреть лёд от -20 °C до 0 °C:
Q1 = m * cлед * (t2 - t1)
Q1 = 3 * 2100 * (0 - (-20))
Q1 = 3 * 2100 * 20 = 126 000 Дж
2. Плавление льда при 0 °C:
Q2 = m * Lпл
Q2 = 3 * 334 000
Q2 = 1 002 000 Дж
3. Нагреть воду от 0 °C до 100 °C:
Q3 = m * cв * (t2 - t1)
Q3 = 3 * 4200 * (100 - 0)
Q3 = 3 * 4200 * 100 = 1 260 000 Дж
4. Парообразование воды при 100 °C:
Q4 = m * Lп
Q4 = 3 * 2 250 000
Q4 = 6 750 000 Дж
5. Нагреть пар от 100 °C до 110 °C:
Q5 = m * cп * (t2 - t1)
Q5 = 3 * 2000 * (110 - 100)
Q5 = 3 * 2000 * 10 = 60 000 Дж
Теперь находим общее количество теплоты, суммируя все этапы:
Qобщ = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
Qобщ = 126 000 + 1 002 000 + 1 260 000 + 6 750 000 + 60 000
Qобщ = 9 438 000 Дж
Ответ: 9 438 000 Дж.