Какое количество теплоты потребуется, чтобы превратить 3 кг воды, взятой при температуре 20°C, в пар...

Для превращения 3 кг воды при температуре 20°C в пар при температуре 100°C необходимо учесть несколько этапов изменения агрегатного состояния вещества и тепловых эффектов, которые сопровождают эти процессы.

1. Нагревание воды от 20°C до точки кипения (100°C): Для нагревания 3 кг воды с начальной температурой 20°C до точки кипения при 100°C потребуется теплота, равная массе воды, умноженной на удельную теплоемкость воды и изменение температуры: Q1 = m c ΔT, где m = 3 кг - масса воды, c - удельная теплоемкость воды, ΔT = 100°C - 20°C = 80°C.

2. Испарение воды: Для превращения воды в пар необходимо добавить теплоту испарения: Q2 = m * L, где L - удельная теплота испарения воды.

Таким образом, общее количество теплоты, необходимое для превращения 3 кг воды при температуре 20°C в пар при температуре 100°C, будет равно: Q = Q1 + Q2.

Для решения этой задачи нам необходимо учесть несколько этапов процесса нагревания и превращения воды в пар:

1. Нагревание воды от 20°C до 100°C.
2. Превращение воды при 100°C в пар (испарение).

1. Нагревание воды от 20°C до 100°C

Для начала, нам нужно вычислить количество теплоты, которое потребуется для нагревания воды от начальной температуры до температуры кипения. Количество теплоты ( Q_1 ) можно рассчитать по формуле:

[ Q_1 = m \cdot c \cdot \Delta T ]

где:

• ( m = 3 ) кг — масса воды,
• ( c = 4186 ) Дж/(кг·°C) — удельная теплоемкость воды,
• ( \Delta T = 100 - 20 = 80 )°C — изменение температуры.

Подставляя значения, получаем:

[ Q_1 = 3 \times 4186 \times 80 = 1004656 \text{ Дж} ]

2. Превращение воды в пар

Затем, нам нужно вычислить количество теплоты, необходимое для превращения нагретой воды в пар. Для этого используем удельную теплоту парообразования воды:

[ Q_2 = m \cdot L ]

где:

• ( L = 2260 ) кДж/кг — удельная теплота парообразования воды.

[ Q_2 = 3 \times 2260 \times 1000 = 6780000 \text{ Дж} ]

Суммарное количество теплоты

Теперь, суммируем оба полученных значения для определения общего количества теплоты, необходимого для превращения 3 кг воды при 20°C в пар при 100°C:

[ Q_{\text{total}} = Q_1 + Q2 ] [ Q{\text{total}} = 1004656 \text{ Дж} + 6780000 \text{ Дж} = 7784656 \text{ Дж} ]

Итак, для превращения 3 кг воды при 20°C в пар при 100°C потребуется примерно 7.784656 мегаджоулей тепловой энергии.