6. На рисунке графически изображен тепловой процесс конденсации 1 кг водяного пара и охлаждения образовавшейся воды.
Реши задание
Сверь числа и знаки с фото.
- На рисунке графически изображен тепловой про- цесс конденсации 1 кг во- дяного пара и охлаждения образовавшейся воды. а) Как изменялась темпе- ратура воды в процессе конденсации и в процессе охлаждения? б) В начале или в конце процесса конденсации молекулы воды обладают большим запасом кинетической энергии? в) Сколько энергии выделилось при конденсации воды?
[Рисунок: график в координатах «t, °C» — «t, мин». По вертикали отмечены 0, 20, 50, 100; по горизонтали — 5, 10, 15, 20. Горизонтальный участок AB расположен на уровне 100 °C; от точки B линия BC идёт вниз до уровня 20 °C; точка C находится правее отметки 20 мин. На уровне 20 °C проведена горизонтальная штриховая линия.]
Краткий ответ
а) На участке \(AB\) — конденсация: температура не изменялась, оставалась \(100^\circ\text{C}\).
На участке \(BC\) — охлаждение: температура понижалась от \(100^\circ\text{C}\) до \(20^\circ\text{C}\).
б) Ни в начале, ни в конце: средний запас кинетической энергии молекул одинаков, потому что температура одна и та же — \(100^\circ\text{C}\). В начале больше потенциальная энергия взаимодействия молекул, поэтому внутренняя энергия пара больше.
в) При конденсации \(1\) кг пара выделяется
\[
Q=Lm=2{,}3\cdot10^6\ \frac{\text{Дж}}{\text{кг}}\cdot1\ \text{кг}
=2{,}3\cdot10^6\ \text{Дж}=2{,}3\ \text{МДж}.
\]
Почему так
Горизонтальный участок графика \(AB\) означает, что температура постоянна, хотя время идёт. Это и есть фазовый переход — конденсация пара при \(100^\circ\text{C}\).
Наклонный участок \(BC\) — уже образовавшаяся вода охлаждается.Температура характеризует среднюю кинетическую энергию теплового движения молекул. Пока температура не меняется, средняя кинетическая энергия тоже не меняется.
При конденсации молекулы пара переходят в жидкость: их потенциальная энергия уменьшается, а за счёт этого выделяется теплота.Удельная теплота парообразования воды при \(100^\circ\text{C}\) примерно равна \[ L\approx2{,}3\cdot10^6\ \text{Дж/кг}. \] Поэтому для \(1\) кг: \[ Q=2{,}3\cdot10^6\ \text{Дж}. \]
Проверка: размерность \(Lm\) даёт \(\text{Дж/кг}\cdot\text{кг}=\text{Дж}\), всё верно. В пункте в) учитывается только конденсация, без последующего охлаждения воды. Если бы считали всё тепло вместе с охлаждением до \(20^\circ\text{C}\), добавилось бы ещё \(336\,000\) Дж, но это уже не «только конденсация».
