Для приготовления чая турист положил в котелок лёд массой 2 кг, имеющий температуру 0°С. Какое количество теплоты необходимо для превращения этого льда в кипяток при температуре 100°С? Энергию, израсходованную на нагревание котелка, не учитывать.
Для расчета количества теплоты, необходимого для превращения 2 кг льда при температуре 0°С в 100°С, нам необходимо учитывать несколько этапов:
Плавление льда (превращение из твердого состояния в жидкое): Для плавления льда используется теплота плавления, которая составляет 334 кДж/кг. Массой льда у нас 2 кг, значит: \[ Q_1 = m \cdot L_{плав} = 2\, \text{кг} \cdot 334\, \text{кДж/кг} = 668\, \text{кДж}. \]
Нагревание воды от 0°С до 100°С: Теплота, необходимая для нагрева воды, рассчитывается по формуле: \[ Q_2 = m \cdot c_{в} \cdot \Delta T, \] где \(c_{в} = 4,18\, \text{кДж/(кг·°С)}\) - удельная теплоемкость воды, а \(\Delta T = 100°С - 0°С = 100°С\). Подставим значения: \[ Q_2 = 2\, \text{кг} \cdot 4,18\, \text{кДж/(кг·°С)} \cdot 100\, °C = 836\, \text{кДж}. \]
Кипячение воды (превращение из жидкости в пар): Здесь используем теплота парообразования, которая составляет примерно 2260 кДж/кг. Превращаем 2 кг воды в пар: \[ Q_3 = m \cdot L_{паро} = 2\, \text{кг} \cdot 2260\, \text{кДж/кг} = 4520\, \text{кДж}. \]
Теперь сложим все количества теплоты: \[ Q_{total} = Q_1 + Q_2 + Q_3 = 668\, \text{кДж} + 836\, \text{кДж} + 4520\, \text{кДж} = 6024\, \text{кДж}. \]
Таким образом, общее количество теплоты, необходимое для превращения 2 кг льда при 0°С в пар при 100°С, составляет 6024 кДж.
