Определи, какова в сосуде масса воды температурой 0 °С, если в этот сосуд поступает 1,2 кг пара при 100 °С и устанавливается температура 16 °С. Потерями энергии пренебречь. Справочные данные: удельная теплоёмкость воды - 4200 Дж/(кг· °С), удельная теплота парообразования воды – 2,3 106 Дж/кг. (Ответ округли до целых.)

Для решения данной задачи используем законы сохранения энергии. В начале процесса (когда в сосуде находится только пара при 100 °C) вся энергия уходит на нагревание воды и испарение пара. При установлении температуры 16 °C вся энергия расходуется на нагревание смеси воды и пара до этой температуры. Масса воды температурой 0 °C равна массе пара при 100 °C, которая поступает в сосуд, минус масса испарившейся пары. Сначала рассчитаем количество теплоты, которое отдаётся при охлаждении пара и его конденсации: Q1 = m1 * c1 * (T1 - T2) + m1 * L, где: m1 = 1,2 кг - масса пара, c1 = 4200 Дж/(кг·°C) - удельная теплоёмкость воды, T1 = 100 °C - начальная температура пара, T2 = 16 °C - конечная температура, L = 2,3 * 10^6 Дж/кг - удельная теплота парообразования. Q1 = 1,2 * 4200 * (100 - 16) + 1,2 * 2,3 * 10^6 = 4200 * 84 + 2,76 * 10^6 = 352800 + 2,76 * 10^6 = 3,1128 * 10^6 Дж. Эта энергия расходуется на нагревание воды и образование пара при температуре 16 °C: Q2 = m2 * c1 * (T2 - T3) + m2 * L, где: m2 - масса воды, T3 = 0 °C - температура смеси после остывания. Так как вся энергия идёт на нагревание воды (без испарения), то Q1 = Q2: 3,1128 * 10^6 = m2 * 4200 * (16 - 0), m2 = 3,1128 * 10^6 / (4200 * 16) ≈ 18,6 кг. Итак, масса воды температурой 0 °C в сосуде составляет около 18,6 кг.