Сосуд содержит смесь воды и льда при температуре 0 °С. Масса воды равна 0,8 кг, масса льда равна 100 г. После введения водяного пара при температуре 100 °С установилась температура, равная 30 °С. Найдите массу пара. Потерями тепла пренебречь.

Рассмотрим процессы, которые будут происходить в сосуде:

1) Имевшаяся вода нагреется с 0 до 20 градусов

2) Имевшийся лёд сначала расплавится, а потом получившаяся вода нагреется с 0 до 20 градусов

3) Запущенный пар сначала сконденсируется, а потом получившаяся вода остынет со 100 до 20 градусов.

Процессы 1 и 2 требуют сообщения энергии, процесс 3 энергию выделяет. Значит, по закону сохранения энергии: Q1 + Q2 = Q3

Распишем энергию каждого процесса. Общее выражение для энергии, требуемой для нагревания массы m вещества теплоёмкостью с на t градусов: Q=cmt. Теплоёмкость воды - значение справочное, равна 4200 Дж/(кг*градус) - то есть такая энергия требуется, чтобы нагреть килограмм воды на 1 градус Цельсия/Кельвина. Здесь и далее советую уточнить, какие справочные значения указаны в вашем учебнике.

Так что для исходной воды:

Q1=4200*0,6*20=50400 Дж

Энергия плавления массы m вещества с удельной теплотой плавления La (обычно обозначают греческой буквой лямбда) имеет вид: Q=mLa. Удельная теплота плавления льда равна 335 кДж/кг.

Так что для второго процесса, с учётом последующего нагрева:  

Q2=335000*0,04+4200*0,04*20=13400+3360 = 16760 Дж

Q1+Q2=50400+16760=67160 Дж - всего столько энергии поглощается первыми двумя процессами, и значит столько же длжно быть выделено третьим процессом.

Энергия парообразования/конденсации массы m вещества с удельной теплотой парообразования L имеет вид: Q=mL. Для водяного пара L=2256 кДж/кг. Так что для третьего процесса, с учётом остывания получившейся воды, обозначая искомую массу как m:

Q3=2256000*m + 4200*80*m=(2256000+336000)*m=2592000*m

Вспоминая, что Q3=Q1+Q2=67160 Дж, выражаем массу:

m=67160/2592000=0,0259 кг = 26 г.

29,1 г.

Объяснение:

1) Имевшаяся вода нагреется с 0 до 30 градусов

2) Имевшийся лёд сначала расплавится, а потом получившаяся вода нагреется с 0 до 30 градусов

3) Запущенный пар сначала сконденсируется, а потом получившаяся вода остынет со 100 до 30 градусов.

Процессы 1 и 2 требуют сообщения энергии, процесс 3 энергию выделяет. Значит, по закону сохранения энергии: Q1 + Q2 = Q3

Распишем энергию каждого процесса. Общее выражение для энергии, требуемой для нагревания массы m вещества теплоёмкостью с на t градусов: Q=cmt. Теплоёмкость воды - значение справочное, равна 4200 Дж/(кг*градус) - то есть такая энергия требуется, чтобы нагреть килограмм воды на 1 градус Цельсия/Кельвина. Здесь и далее советую уточнить, какие справочные значения указаны в вашем учебнике.

Так что для исходной воды:

Q1=4200*0,6*30=75600 Дж

Энергия плавления массы m вещества с удельной теплотой плавления La (обычно обозначают греческой буквой лямбда) имеет вид: Q=mLa. Удельная теплота плавления льда равна 335 кДж/кг.

Так что для второго процесса, с учётом последующего нагрева:  

Q2=335000*0,04+4200*0,04*20=13400+3360 = 16760 Дж

Q1+Q2=75600+16760=92360 Дж - всего столько энергии поглощается первыми двумя процессами, и значит столько же должно быть выделено третьим процессом.

Энергия парообразования/конденсации массы m вещества с удельной теплотой парообразования L имеет вид: Q=mL. Для водяного пара L=2256 кДж/кг. Так что для третьего процесса, с учётом остывания получившейся воды, обозначая искомую массу как m:

Q3=2256000*m + 4200*80*m=(2256000+336000)*m=2592000*m

Вспоминая, что Q3=Q1+Q2=67160 Дж, выражаем массу:

m=75600/2592000=0,0291 кг = 29,1 г.