дано:
m = 400 г = 0.4 кг (масса вещества) t_пара = 100 °С (начальная температура пара) t_льда = -10 °С (конечная температура льда) c_пара = 2010 Дж/(кгК) (удельная теплоемкость пара) L_пара = 2.3 * 10^6 Дж/кг (удельная теплота парообразования) c_воды = 4200 Дж/(кгК) (удельная теплоемкость воды) L_плав = 3.3 * 10^5 Дж/кг (удельная теплота плавления льда) c_льда = 2100 Дж/(кг*К) (удельная теплоемкость льда)
найти:
Q - общее количество теплоты, выделившееся при процессе
решение:
Процесс состоит из нескольких этапов:
Охлаждение пара от 100 °С до 100 °С (конденсация пара)
Охлаждение воды от 100 °С до 0 °С
Отвердевание воды (кристаллизация) при 0°С
Охлаждение льда от 0°С до -10°С.
Вычислим количество теплоты для каждого этапа:
Конденсация пара (выделяется тепло): Q_пар = m * L_пара = 0.4 кг * 2.3 * 10^6 Дж/кг = 920000 Дж
Охлаждение воды от 100 °С до 0 °С (выделяется тепло): Q_воды = m * c_воды * Δt = 0.4 кг * 4200 Дж/(кг*К) * (100 °С - 0 °С) = 168000 Дж
Кристаллизация воды (выделяется тепло): Q_крист = m * L_плав = 0.4 кг * 3.3 * 10^5 Дж/кг = 132000 Дж
Охлаждение льда от 0 °С до -10 °С (выделяется тепло): Q_льда = m * c_льда * Δt = 0.4 кг * 2100 Дж/(кг*К) * (0 °С - (-10 °С)) = 8400 Дж
Общее количество теплоты:
Q = Q_пар + Q_воды + Q_крист + Q_льда = 920000 Дж + 168000 Дж + 132000 Дж + 8400 Дж = 1228400 Дж
График зависимости температуры от времени (качественный):
Горизонтальный участок (пар, 100°С) - конденсация
Наклонный вниз участок (вода, от 100 до 0°С) - охлаждение воды
Горизонтальный участок (вода и лед, 0°С) - кристаллизация
Наклонный вниз участок (лед, от 0°С до -10°С) - охлаждение льда
Ответ:
общее количество теплоты Q = 1228400 Дж или 1.2284 МДж