Сколько тепла требуется для нагрева и превращения 5 кг воды, начиная с температуры 0 °С, до точки кипения?

Александрович_2683

53

Чтобы решить эту задачу, нам понадобится использовать несколько формул и концепций термодинамики. Давайте разделим задачу на две части: первая будет связана с нагревом воды до температуры кипения (100 °C), а вторая - с превращением воды в пар при постоянной температуре кипения.

Чтобы нагреть воду от 0 °C до 100 °C, нам понадобится использовать формулу для вычисления количества тепла Q, которое требуется для изменения температуры тела:

\[Q = mc\Delta T,\]

где
Q - количество тепла,
m - масса воды,
c - удельная теплоемкость воды (обычно принимается равной 4,186 Дж/(г·°C)),
\(\Delta T\) - изменение температуры.

В данном случае масса воды равна 5 кг, а изменение температуры составляет \(100-0=100\) °C. Подставим значения в формулу и рассчитаем количество тепла для первой части задачи:

\[Q_1 = 5 \cdot 4,186 \cdot 100.\]

Рассчитаем эту величину:

\[Q_1 = 2093 Дж.\]

Таким образом, для нагрева воды от 0 °C до 100 °C потребуется 2093 Дж тепла.

Теперь перейдем ко второй части задачи: превращение воды в пар при постоянной температуре кипения. Для этого нам понадобится использовать формулу:

\[Q = mL,\]

где
Q - количество тепла,
m - масса воды,
L - теплота испарения воды (обычно принимается равной 2260 кДж/кг).

Подставим значения и рассчитаем количество тепла для второй части задачи:

\[Q_2 = 5 \cdot 2260.\]

Рассчитаем эту величину:

\[Q_2 = 11300 кДж.\]

Однако, в задаче требуется измерить количество тепла в Дж, поэтому переведем полученный результат в Дж:

\[Q_2 = 11300 \cdot 1000 = 11300000 Дж.\]

Таким образом, количество тепла, необходимое для превращения 5 кг воды от температуры 0 °C до точки кипения (100 °C), равно 11300000 Дж.

В итоге, общее количество тепла для нагрева и превращения 5 кг воды составляет:

\[Q_{\text{общ}} = Q_1 + Q_2 = 2093 + 11300000 = 11302093 Дж.\]

Получили, что для этого процесса потребуется 11302093 Дж тепла.