3. Какова необходимая тепловая энергия, чтобы нагреть и испарить массу m=480 г воды, начиная с температуры t1=60

Хорошо, давайте начнем с первой задачи.

3. Нам дана масса воды, которую необходимо нагреть и испарить, массу \(m = 480 \, \text{г}\), и начальную температуру \(t_1 = 60 \, \text{°C}\). Нам нужно найти необходимую тепловую энергию для этого процесса.

Для решения задачи, мы можем разделить процесс на два этапа: нагревание воды и испарение воды.

1) Нагревание воды:
Для этого этапа мы можем использовать формулу:

\[Q_1 = mc\Delta{T}\]

где \(Q_1\) - тепловая энергия, \(m\) - масса воды, \(c\) - удельная теплоемкость воды, и \(\Delta{T}\) - изменение температуры.

Мы знаем, что \(m = 480 \, \text{г}\) и \(t_1 = 60 \, \text{°C}\). Вода нагревается до точки кипения, которая составляет \(100 \, \text{°C}\). Таким образом, \(\Delta{T}\) можно выразить как:

\[\Delta{T} = 100 \, \text{°C} - 60 \, \text{°C} = 40 \, \text{°C}\]

Также нам дана удельная теплоемкость воды \(c = 4200 \, \text{Дж/кг⋅°C}\). Однако, масса воды дана в граммах, поэтому нам нужно перевести массу в килограммы:

\[m = 480 \, \text{г} = 0.48 \, \text{кг}\]

Подставляем все значения в формулу:

\[Q_1 = (0.48 \, \text{кг}) \cdot (4200 \, \text{Дж/кг⋅°C}) \cdot (40 \, \text{°C})\]

\[Q_1 = 80640 \, \text{Дж}\]

Теперь переведем этот ответ в килоджоули, разделив его на 1000:

\[Q_1 = 80.64 \, \text{кДж}\]

Таким образом, необходимая тепловая энергия для нагревания воды составляет 80.64 кДж.

2) Испарение воды:
Для этого этапа мы можем использовать формулу:

\[Q_2 = mL\]

где \(Q_2\) - тепловая энергия, \(m\) - масса воды, и \(L\) - удельная теплота парообразования воды.

Мы знаем, что \(m = 480 \, \text{г}\) и \(L = 2.3 \cdot 10^6 \, \text{Дж/кг}\). Подставляя значения в формулу, получим:

\[Q_2 = (0.48 \, \text{кг}) \cdot (2.3 \cdot 10^6 \, \text{Дж/кг})\]

\[Q_2 = 1104000 \, \text{Дж}\]

Теперь переведем этот ответ в килоджоули, разделив его на 1000:

\[Q_2 = 1104 \, \text{кДж}\]

Таким образом, необходимая тепловая энергия для испарения воды составляет 1104 кДж.

3) Итоговая тепловая энергия:
Чтобы получить общую необходимую тепловую энергию, мы можем просто сложить результаты двух этапов:

\[Q_{\text{общ}} = Q_1 + Q_2 = 80640 \, \text{Дж} + 1104000 \, \text{Дж} = 1184640 \, \text{Дж}\]

Округляя ответ до двух десятичных знаков и переводя его в килоджоули:

\[Q_{\text{общ}} \approx 1184.64 \, \text{кДж}\]

Таким образом, общая необходимая тепловая энергия для нагревания и испарения воды составляет примерно 1184.64 кДж.

4) График процесса нагревания и испарения воды:
Ниже представлен график, иллюстрирующий процесс нагревания и испарения воды:

\[
\begin{array}{|c|c|}
\hline
\text{Температура (°C)} & \text{Тепловая энергия (кДж)} \\
\hline
60 & 0 \\
70 & 80.64 \\
80 & 161.28 \\
90 & 241.92 \\
100 & 322.56 \\
\hline
\end{array}
\]

Уровень тепловой энергии растет с температурой, и при достижении точки кипения при 100 °C начинается процесс испарения, который требует еще 1104 кДж тепловой энергии.

[Конец решения]