Дано:
- масса воды m = 5 кг.
- начальная температура T1 = 20 °C.
- конечная температура (температура кипения) T2 = 100 °C.
- удельная теплоемкость воды c = 4,18 * 10^3 Дж/(кг·°C).
- удельная теплота парообразования L = 2,26 * 10^6 Дж/кг.
Найти:
Общее количество теплоты Q для нагрева воды до кипения и превращения в пар.
Решение:
1. Сначала найдем количество теплоты, необходимое для нагрева воды от 20 °C до 100 °C:
Q1 = m * c * (T2 - T1).
Подставим известные значения:
Q1 = 5 * (4,18 * 10^3) * (100 - 20) = 5 * (4,18 * 10^3) * 80.
2. Выполним расчеты:
Q1 = 5 * 4,18 * 10^3 * 80 = 1668000 Дж.
3. Теперь найдем количество теплоты, необходимое для превращения 5 кг воды в пар:
Q2 = m * L.
Подставим известные значения:
Q2 = 5 * (2,26 * 10^6) = 11300000 Дж.
4. Общее количество теплоты Q будет равно сумме Q1 и Q2:
Q = Q1 + Q2 = 1668000 + 11300000 = 12968000 Дж.
Теперь сравним выделяемое количество теплоты в двух случаях:
1) При охлаждении 5 кг воды от 100 °C до 0 °C:
Q_охлаждение = m * c * (T2 - T1) = 5 * (4,18 * 10^3) * (100 - 0) = 5 * (4,18 * 10^3) * 100 = 2090000 Дж.
2) При конденсации 5 кг пара без изменения температуры:
Q_конденсация = m * L = 5 * (2,26 * 10^6) = 11300000 Дж.
Ответ:
Количество теплоты, необходимое для нагрева 5 кг дистиллированной воды до температуры кипения и превращения в пар, составляет 12968000 Дж.
Большее количество теплоты выделится при конденсации пара (11300000 Дж), чем при охлаждении воды (2090000 Дж).