3. Рассчитайте, какое количество теплоты необходимо для обращения в пар 4 г спирта при температуре 28 °С. Начертите график зависимости температуры спирта от времени.

Для решения задачи необходимо знать следующие параметры спирта:

• Удельная теплоемкость спирта (c) ≈ 2.4 кДж/(кг·°C)
• Температура кипения спирта (Tкип) ≈ 78 °C
• Удельная теплота парообразования спирта (λ) ≈ 850 кДж/кг

Первый этап: нагревание спирта от 28 °C до температуры кипения 78 °C.

Количество теплоты, необходимое для нагревания, рассчитывается по формуле:

$$Q_1 = m \cdot c \cdot (T_{кип} - T_{нач})$$

где:

• $$Q_1$$ – количество теплоты для нагревания (в джоулях),
• m – масса спирта (в килограммах),
• c – удельная теплоемкость спирта (в Дж/(кг·°C)),
• $$T_{кип}$$ – температура кипения спирта (в °C),
• $$T_{нач}$$ – начальная температура спирта (в °C).

Переведем массу спирта из граммов в килограммы:

$$4 \text{ г} = 0.004 \text{ кг}$$

Подставим значения:

$$Q_1 = 0.004 \text{ кг} \cdot 2400 \text{ Дж/(кг \cdot °C)} \cdot (78 \text{ °C} - 28 \text{ °C}) = 0.004 \text{ кг} \cdot 2400 \text{ Дж/(кг \cdot °C)} \cdot 50 \text{ °C}$$

$$Q_1 = 480 \text{ Дж}$$

Второй этап: превращение спирта в пар при температуре 78 °C.

Количество теплоты, необходимое для парообразования, рассчитывается по формуле:

$$Q_2 = m \cdot λ$$

где:

• $$Q_2$$ – количество теплоты для парообразования (в джоулях),
• m – масса спирта (в килограммах),
• λ – удельная теплота парообразования (в Дж/кг).

Подставим значения:

$$Q_2 = 0.004 \text{ кг} \cdot 850000 \text{ Дж/кг} = 3400 \text{ Дж}$$

Общее количество теплоты, необходимое для обращения спирта в пар:

$$Q = Q_1 + Q_2 = 480 \text{ Дж} + 3400 \text{ Дж} = 3880 \text{ Дж}$$

График зависимости температуры спирта от времени:

Температура
^
|
|_______________________  (Температура кипения спирта = 78°C)
|       /-------------------
|      /
|     /
|    /
|   /  
|  /   (Начальная температура спирта = 28°C)
| /
|/________________________> Время

Первый участок графика соответствует нагреванию спирта от 28°C до 78°C. Второй участок графика соответствует процессу парообразования при постоянной температуре 78°C.

Ответ: 3880 Дж