6.3 кг льда, взятого при -20 °С, нужно нагреть до кипения и испа-рить. Сколько для этого потребуется теплоты? Изобразите процесс графически.
Для решения задачи о нагревании и испарении льда, взятого при -20 °C, до состояния кипящего пара, нужно выполнить следующие этапы:
1. **Нагревание льда от -20 °C до 0 °C**:
- Используем формулу: \( Q_1 = m \cdot c_{\text{лед}} \cdot \Delta T \)
- \( m = 6.3 \, \text{кг} \) (масса льда)
- \( c_{\text{лед}} = 2.1 \, \text{кДж/кг°C} \) (удельная теплоёмкость льда)
- \( \Delta T = 20 \, \text{°C} \) (изменение температуры)
Подсчет:
\[
Q_1 = 6.3 \, \text{кг} \cdot 2.1 \, \text{кДж/кг°C} \cdot 20 \, \text{°C} = 264.6 \, \text{кДж}
\]
2. **Плавление льда при 0 °C**:
- Используем формулу: \( Q_2 = m \cdot \lambda \)
- \( \lambda = 334 \, \text{кДж/кг} \) (удельная теплота плавления льда)
Подсчет:
\[
Q_2 = 6.3 \, \text{кг} \cdot 334 \, \text{кДж/кг} = 2104.2 \, \text{кДж}
\]
3. **Нагревание воды от 0 °C до 100 °C**:
- Используем формулу: \( Q_3 = m \cdot c_{\text{вода}} \cdot \Delta T \)
- \( c_{\text{вода}} = 4.18 \, \text{кДж/кг°C} \) (удельная теплоёмкость воды)
- \( \Delta T = 100 \, \text{°C} \)
Подсчет:
\[
Q_3 = 6.3 \, \text{кг} \cdot 4.18 \, \text{кДж/кг°C} \cdot 100 \, \text{°C} = 2633.4 \, \text{кДж}
\]
4. **Испарение воды при 100 °C**:
- Используем формулу: \( Q_4 = m \cdot L \)
- \( L = 2260 \, \text{кДж/кг} \) (удельная теплота парообразования)
Подсчет:
\[
Q_4 = 6.3 \, \text{кг} \cdot 2260 \, \text{кДж/кг} = 14238 \, \text{кДж}
\]
5. **Общая теплота**:
\[
Q_{\text{общая}} = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 = 264.6 \, \text{кДж} + 2104.2 \, \text{кДж} + 2633.4 \, \text{кДж} + 14238 \, \text{кДж} = 19240.2 \, \text{кДж}
\]
Таким образом, потребуется \( 19240.2 \) кДж теплоты.
**Графическое изображение**:
1. Ось температуры (°C).
2. Ось энергии (кДж).
На графике будут представлены следующие этапы:
- От -20 °C до 0 °C (нагрев льда).
- Плато на 0 °C (плавление льда).
- От 0 °C до 100 °C (нагрев воды).
- Плато на 100 °C (испарение воды).
