1. На сколько внутренняя энергия паров эфира при температуре 85 °С и нормальном атмосферном давлении больше внутренней энергии жидкого эфира той же массы при той же температуре? 2. На рисунке 45 приведён график зависимости температуры от времени её нагревания. Каким процессам соответствуют участки графика АВ, BC, CD, DE, EF? 3. На рисунке 46 приведены графики зависимости температуры от времени для двух жидкостей одинаковой массы, нагреваемых на горелках одинаковой мощности. Удельная теплота парообразования какой жидкости больше? УПРАЖНЕНИЕ 19 1. Почему внутренняя энергия водяного пара при температуре 100 °С больше, чем внутренняя энергия воды той же массы при той же температуре? 2. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы 2 кг спирта, взятого при температуре 20 °С, обратить в пар при температуре кипения? 3. Назовите процессы, которые надо осуществить, чтобы: а) воду, взятую при температуре 20 °С, превратить в пар, имеющий температуру 120 °С; б) эфир, взятый при температуре 125 °С, охладить до температуры 20 °С. (Атмосферное давление нормальное.) Для каждого случая постройте примерный график зависимости температуры вещества от количества теплоты, полученного от нагревателя или отданного окружающим телам. 4. В кастрюле бурно кипит вода. В неё помещают меньшую кастрюлю с водой, нагретой до температуры 100 °С. Закипит ли вода в кастрюле?

1. Внутренняя энергия паров эфира при температуре 85 °С больше внутренней энергии жидкого эфира той же массы при той же температуре на величину, равную энергии, необходимой для парообразования при данной температуре.
2. Рассмотрим процессы, соответствующие участкам графика на рисунке 45:
* АВ: нагревание твёрдого вещества;
* ВС: плавление;
* CD: нагревание жидкости;
* DE: кипение;
* EF: нагревание пара.
3. Удельная теплота парообразования больше у той жидкости, для которой график зависимости температуры от времени нагревания имеет более горизонтальный участок при кипении. На рисунке 46 это жидкость 2.

УПРАЖНЕНИЕ 19

1. Внутренняя энергия водяного пара при температуре 100 °С больше, чем внутренняя энергия воды той же массы при той же температуре, так как для превращения воды в пар при температуре кипения необходимо затратить дополнительную энергию на разрыв связей между молекулами.
2. Для обращения 2 кг спирта, взятого при температуре 20 °С, в пар при температуре кипения, необходимо затратить количество теплоты, которое можно рассчитать по формуле:

$$Q = mc\Delta t + mr$$,

где:
$$m$$ - масса спирта (2 кг),
$$c$$ - удельная теплоёмкость спирта (примерно 2400 Дж/(кг·°С)),
$$\Delta t$$ - изменение температуры (температура кипения спирта 78 °C минус начальная температура 20 °C, то есть 58 °C),
$$r$$ - удельная теплота парообразования спирта (примерно 900 кДж/кг).

Тогда:
$$Q = 2\cdot2400\cdot58 + 2\cdot900000 = 278400 + 1800000 = 2078400\ \text{Дж} = 2,0784\ \text{МДж}$$

Ответ: необходимо затратить 2,0784 МДж теплоты.

3. Процессы, которые нужно осуществить:
* а) Чтобы воду, взятую при температуре 20 °С, превратить в пар, имеющий температуру 120 °С, нужно:
1. Нагреть воду от 20 °С до 100 °С.
2. Превратить воду в пар при 100 °С.
3. Нагреть пар от 100 °С до 120 °С.

* б) Чтобы эфир, взятый при температуре 125 °С, охладить до температуры 20 °С, нужно:
1. Охладить эфир от 125 °С до температуры кипения (34,6 °C).
2. Конденсировать эфир при температуре кипения.
3. Охладить жидкий эфир от температуры кипения до 20 °С.

Примерные графики зависимости температуры вещества от количества теплоты для каждого случая:

Для случая (а):

<canvas id="chart_a" width="400" height="300"></canvas>
<script>
new Chart(document.getElementById('chart_a').getContext('2d'), {
type: 'line',
data: {
labels: ['Q1', 'Q2', 'Q3'],
datasets: [{
label: 'Температура (°C)',
data: [20, 100, 120],
borderColor: 'blue',
tension: 0.4
}]
},
options: {
scales: {
y: {
beginAtZero: true
}
}
}
});
</script>

Для случая (б):

<canvas id="chart_b" width="400" height="300"></canvas>
<script>
new Chart(document.getElementById('chart_b').getContext('2d'), {
type: 'line',
data: {
labels: ['Q1', 'Q2', 'Q3'],
datasets: [{
label: 'Температура (°C)',
data: [125, 34.6, 20],
borderColor: 'red',
tension: 0.4
}]
},
options: {
scales: {
y: {
beginAtZero: true
}
}
}
});
</script>

4. Вода в меньшей кастрюле не закипит. Для закипания воде в меньшей кастрюле необходимо получить дополнительное тепло, которое она не получает, поскольку находится в контакте с водой, уже кипящей при 100 °С. При этом вода в меньшей кастрюле будет оставаться при температуре 100 °С, находясь в тепловом равновесии с кипящей водой в большой кастрюле.