В воду объёмом 1 л, температура которой 20°С, бросают кусок железа массой 100 г, нагретый до 500 °С. При этом температура воды повышается до 24 °С и некоторое количество её обращается в пар. Определите массу обратившейся в пар воды.

Для решения данной задачи используем законы сохранения энергии и теплоты. 1. Сначала рассчитаем количество теплоты, переданное от железа к воде для повышения температуры и испарения воды: a. Рассчитаем количество теплоты, переданное от железа М_ж к воде М_в для равновесия температур: $Q_1 = c_ж * M_ж * (T_f - T_i)$ Где: - $c_ж$ - удельная теплоемкость железа ($c_ж = 0.45 \, Дж/г°C$), - $M_ж$ - масса железа ($M_ж = 100 \, г$), - $T_f$ - финальная температура воды ($T_f = 24°C$), - $T_i$ - начальная температура железа ($T_i = 500°C$). Подставляем значения: $Q_1 = 0.45 * 100 * (24 - 500)$ $Q_1 = -20700 \, Дж$ (знак минус указывает на то, что теплота передана от железа к воде) b. Рассчитаем количество теплоты, необходимое для образования пара: $Q_2 = M_{H_2O} * L_v$ Где: - $M_{H_2O}$ - масса воды, превращенной в пар, - $L_v$ - удельная теплота испарения воды ($L_v = 2260 \, kJ/kg$). 2. Сумма теплоты $Q_1$ и $Q_2$ должна равняться нулю (закон сохранения энергии). $Q_1 + Q_2 = 0$ $-20700 + M_{H_2O} * 2260 = 0$ $M_{H_2O} = \frac{20700}{2260}$ $M_{H_2O} ≈ 9.15 \, г$ Таким образом, масса воды, превратившейся в пар, составляет примерно 9.15 г.