1. Почему внутренняя энергия водяного пара при температуре 100 °C 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?

• 1. Внутренняя энергия водяного пара при температуре 100 °C больше, чем внутренняя энергия воды той же массы при той же температуре, потому что при парообразовании энергия идёт на разрыв связей между молекулами воды и на совершение работы против сил внешнего давления. Таким образом, внутренняя энергия пара включает в себя энергию молекул и энергию, необходимую для преодоления сил межмолекулярного взаимодействия.


• 2. Для решения этой задачи нам понадобятся следующие данные о спирте:
  
  
  
  • Удельная теплоемкость спирта (c) ≈ 2400 Дж/(кг·°C)
  
  
  • Температура кипения спирта (Tкип) ≈ 78 °C
  
  
  • Удельная теплота парообразования спирта (L) ≈ 9 × 10⁵ Дж/кг
  
  
  
  

Решение:

• Нагрев спирта от 20 °C до температуры кипения 78 °C: $$Q_1 = mc(T_{кип} - T_{нач})$$
  Подставим значения: $$Q_1 = 2 \text{ кг} \cdot 2400 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}} \cdot (78 \text{ °C} - 20 \text{ °C}) = 2 \cdot 2400 \cdot 58 = 278400 \text{ Дж}$$
  


• Превращение спирта в пар при температуре кипения: $$Q_2 = mL$$
  Подставим значения: $$Q_2 = 2 \text{ кг} \cdot 9 \cdot 10^5 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} = 18 \cdot 10^5 \text{ Дж} = 1800000 \text{ Дж}$$
  

Общее количество теплоты, необходимое для превращения спирта в пар, равно сумме теплоты на нагрев и теплоты на парообразование:

$$Q = Q_1 + Q_2 = 278400 \text{ Дж} + 1800000 \text{ Дж} = 2078400 \text{ Дж}$$

Округлим до целых:

$$Q \approx 2078 \text{ кДж}$$

Ответ: 2078400 Дж