Какое количество энергии нужно затратить, чтобы воду массой 5 кг, взятую при температуре 0 С, довести до кипения и испарить ее?

m = 5 кг.

t1 = 0 °C.

t2 = 100 °C.

C = 4200 Дж/кг * °C.

λ = 2300000 Дж/кг.

Q - ?

Для испарения воды ее сначала нужно нагреть от температуры t1 до температуры кипения t2, а потом при температуре кипения перевести в пар.

Нагревание воды

Для нагревания воды необходимо сообщить ей количество тепловой энергии Qв, значение которой определяется формулой: Qв = С * m * (t2 - t1), где

С - удельная теплоемкость воды; m - масса воды; t2, t1 - конечная и начальная температура воды.

Температура кипения воды составляет t2 = 100 °C

Подставим числовые значения физических величин из условия задачи.

Qв = 4200 Дж/кг * °C * 5 кг * (100 °C - 0 °C) = 2100000 Дж.

Испарение воды

Количество тепловой энергии Qп, необходимой для превращение воды из жидкого состояния в газообразное, при температуре кипения, определяется формулой: Qп = λ * m, где

λ - удельная теплота парообразования воды; m - масса воды.

Найдем значения тепловой энергии необходимой для испарения воды:

Qп = 2300000 Дж/кг * 5 кг = 11500000 Дж.

Для определения всего количества тепловой энергии Q, которое необходимо сообщить воде, найдем сумму: Q = Qв + Qп.

Q = 2100000 Дж + 11500000 Дж = 13600000 Дж.

Ответ: для превращения воды в пар необходимо ей сообщить Q = 13600000 Дж тепловой энергии.

Q = Q1 + Q2.

Q1 = C * m * (tк - tн), где C - удельная теплоемкость воды (С = 4200 Дж / (К*кг)), m - масса воды (m = 5 кг), tк - конечная температура воды (tк = 100 ºС), tн - начальная температура воды (tн = 0 ºС).

Q2 = L * m, где L - удельная теплота парообразования воды (L = 2,3 * 106 Дж/кг).

Q = Q1 + Q2 = C * m * (tк - tн) + L * m = 4200 * 5 * (100 - 0) + 2,3 * 106 * 5 = 2100000 + 11500000 = 13600000 Дж = 13,6 МДж.

Ответ: Необходимо затратить 13,6 МДж тепловой энергии.