УПРАЖНЕНИЕ 17 1 У какого из приведённых в таблице 6 веществ при обращении из жидкого состояния в пар внутренняя энергия увеличивается больше? Ответ обо- снуйте. 2 Какое количество энергии требуется для обращения воды массой 150 г в пар при температуре 100 °C? 3 Какое количество энергии нужно затратить, чтобы воду массой 5 кг, взя- тую при температуре 0 °С, довести до кипения и испарить её? 4 Какое количество энергии выделит вода массой 2 кг при охлаждении от 100 до 0 °С? Какое количество энергии выделится, если вместо воды взять столько же пара при 100 °С?

Для решения этих задач необходимо знать удельную теплоемкость воды, удельную теплоту парообразования воды и удельную теплоту плавления льда. А также таблицу 6, в которой приведены вещества.

1. Для ответа на этот вопрос необходимо обратиться к таблице 6 (которой нет в условии задачи) и сравнить значения удельной теплоты парообразования для каждого вещества. У вещества с наибольшей удельной теплотой парообразования внутренняя энергия увеличится больше всего при обращении из жидкого состояния в пар.

   К сожалению, без таблицы 6 невозможно дать точный ответ.

2. Для решения этой задачи нам понадобится формула количества теплоты, необходимого для парообразования:

   $$ Q = L \cdot m $$

   Где:

   • ( Q ) - количество теплоты (энергия), необходимое для парообразования,
   • ( L ) - удельная теплота парообразования воды (при 100°C), ( L = 2,26 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} ),
   • ( m ) - масса воды.

   Сначала переведем массу воды из граммов в килограммы:

   $$ m = 150 \text{ г} = 0,15 \text{ кг} $$

   Теперь подставим значения в формулу:

   $$ Q = 2,26 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} \cdot 0,15 \text{ кг} = 339 \cdot 10^3 \text{ Дж} = 339 \text{ кДж} $$

   Ответ: 339 кДж

3. Для решения этой задачи нужно вычислить количество теплоты, необходимое для нагревания воды от 0 °C до 100 °C, а затем количество теплоты, необходимое для испарения воды при 100 °C. Общее количество теплоты будет суммой этих двух значений.

   Сначала найдем количество теплоты (Q_1), необходимое для нагревания воды от 0 °C до 100 °C:

   $$ Q_1 = c \cdot m \cdot (T_2 - T_1) $$

   Где:

   • ( c ) - удельная теплоемкость воды, ( c = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C} ),
   • ( m ) - масса воды, ( m = 5 \text{ кг} ),
   • ( T_1 ) - начальная температура, ( T_1 = 0 \text{ °C} ),
   • ( T_2 ) - конечная температура, ( T_2 = 100 \text{ °C} ).

   Подставим значения в формулу:

   $$ Q_1 = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C} \cdot 5 \text{ кг} \cdot (100 \text{ °C} - 0 \text{ °C}) = 4200 \cdot 5 \cdot 100 \text{ Дж} = 2100000 \text{ Дж} = 2100 \text{ кДж} $$

   Затем найдем количество теплоты (Q_2), необходимое для испарения воды при 100 °C:

   $$ Q_2 = L \cdot m $$

   Где:

   • ( L ) - удельная теплота парообразования воды, ( L = 2,26 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} ),
   • ( m ) - масса воды, ( m = 5 \text{ кг} ).

   Подставим значения в формулу:

   $$ Q_2 = 2,26 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} \cdot 5 \text{ кг} = 11300000 \text{ Дж} = 11300 \text{ кДж} $$

   Теперь найдем общее количество теплоты (Q), сложив (Q_1) и (Q_2):

   $$ Q = Q_1 + Q_2 = 2100 \text{ кДж} + 11300 \text{ кДж} = 13400 \text{ кДж} $$

   Ответ: 13400 кДж

4. Для решения этой задачи нужно вычислить количество теплоты, которое выделится при охлаждении воды от 100 °C до 0 °C, а затем количество теплоты, которое выделится при конденсации пара в воду при 100 °C и охлаждении получившейся воды от 100 °C до 0 °C.

   Сначала найдем количество теплоты (Q_1), которое выделится при охлаждении воды от 100 °C до 0 °C:

   $$ Q_1 = c \cdot m \cdot (T_1 - T_2) $$

   Где:

   • ( c ) - удельная теплоемкость воды, ( c = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C} ),
   • ( m ) - масса воды, ( m = 2 \text{ кг} ),
   • ( T_1 ) - начальная температура, ( T_1 = 100 \text{ °C} ),
   • ( T_2 ) - конечная температура, ( T_2 = 0 \text{ °C} ).

   Подставим значения в формулу:

   $$ Q_1 = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C} \cdot 2 \text{ кг} \cdot (100 \text{ °C} - 0 \text{ °C}) = 4200 \cdot 2 \cdot 100 \text{ Дж} = 840000 \text{ Дж} = 840 \text{ кДж} $$

   Теперь рассмотрим случай с паром. Сначала найдем количество теплоты (Q_2), которое выделится при конденсации пара в воду при 100 °C:

   $$ Q_2 = L \cdot m $$

   Где:

   • ( L ) - удельная теплота парообразования воды, ( L = 2,26 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} ),
   • ( m ) - масса пара, ( m = 2 \text{ кг} ).

   Подставим значения в формулу:

   $$ Q_2 = 2,26 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} \cdot 2 \text{ кг} = 4520000 \text{ Дж} = 4520 \text{ кДж} $$

   Затем найдем количество теплоты (Q_3), которое выделится при охлаждении воды от 100 °C до 0 °C:

   $$ Q_3 = c \cdot m \cdot (T_1 - T_2) $$

   Где:

   • ( c ) - удельная теплоемкость воды, ( c = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C} ),
   • ( m ) - масса воды, ( m = 2 \text{ кг} ),
   • ( T_1 ) - начальная температура, ( T_1 = 100 \text{ °C} ),
   • ( T_2 ) - конечная температура, ( T_2 = 0 \text{ °C} ).

   Подставим значения в формулу:

   $$ Q_3 = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C} \cdot 2 \text{ кг} \cdot (100 \text{ °C} - 0 \text{ °C}) = 4200 \cdot 2 \cdot 100 \text{ Дж} = 840000 \text{ Дж} = 840 \text{ кДж} $$

   Теперь найдем общее количество теплоты (Q), которое выделится при конденсации пара и охлаждении воды, сложив (Q_2) и (Q_3):

   $$ Q = Q_2 + Q_3 = 4520 \text{ кДж} + 840 \text{ кДж} = 5360 \text{ кДж} $$

   Сравним результаты:

   • При охлаждении воды: 840 кДж
   • При конденсации пара и охлаждении воды: 5360 кДж

   Ответ: При конденсации пара и охлаждении воды выделится больше энергии (5360 кДж), чем при охлаждении воды (840 кДж).