а) Сколько теплоты необходимо передать воде, чтобы ее нагреть до точки кипения? б) Сколько теплоты необходимо передать

а) Для ответа на этот вопрос нам необходимо знать массу воды, а также её начальную и конечную температуры. Формула для вычисления переданной теплоты имеет вид:

\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]

где:
\( Q \) - переданная теплота,
\( m \) - масса воды,
\( c \) - удельная теплоёмкость воды,
\( \Delta T \) - изменение температуры.

В данном случае мы хотим нагреть воду до точки кипения, поэтому начальная температура будет комнатной (обычно 20°C), а конечная температура будет 100°C (точка кипения воды).

Ответ будет зависеть от массы воды. Давайте предположим, что у нас есть 1 кг (1000 г) воды.

Так как начальная температура 20°C, то изменение температуры будет \( \Delta T = 100°C - 20°C = 80°C \).

Удельная теплоёмкость воды \( c = 4.186 \, \text{Дж/(г*°C)} \).

Теперь можем вычислить переданную теплоту:

\[ Q = 1000 \, \text{г} \times 4.186 \, \text{Дж/(г*°C)} \times 80°C = 335,280 \, \text{Дж} \]

Таким образом, чтобы нагреть 1 кг воды до точки кипения, необходимо передать 335,280 Дж теплоты.

б) Когда вода достигает точки кипения, она превращается в пар без изменения температуры. Чтобы вычислить переданную теплоту, используем следующую формулу:

\[ Q = m \cdot L \]

где:
\( Q \) - переданная теплота,
\( m \) - масса воды,
\( L \) - удельная теплота парообразования.

В данном случае мы хотим превратить всю воду в пар, поэтому масса воды будет той же, что и в предыдущем вопросе.

Удельная теплота парообразования воды \( L = 2,260 \, \text{МДж/кг} \) (в мегаджоулях на килограмм).

\[ Q = 1000 \, \text{г} \times 2,260 \, \text{МДж/кг} = 2,260,000 \, \text{Дж} \]

Следовательно, чтобы превратить всю воду в пар, необходимо передать 2,260,000 Дж теплоты.

в) В этой задаче нам необходимо нагреть воду от начальной температуры до точки кипения, а затем превратить всю воду в пар при 100°C. Для этого мы сначала используем формулу из пункта а) и вычисляем теплоту для нагревания воды до 100°C. Затем, для превращения воды в пар, используем формулу из пункта б).

Мы уже вычислили, что теплота для нагрева 1 кг воды до 100°C составляет 335,280 Дж.

Для превращения всей воды в пар при 100°C используем формулу из пункта б):

\[ Q = m \cdot L \]

\[ Q = 1000 \, \text{г} \times 2,260 \, \text{МДж/кг} = 2,260,000 \, \text{Дж} \]

Общая переданная теплота будет равна сумме теплоты для нагрева до 100°C и теплоты для превращения в пар:

\[ Q_{\text{общ}} = 335,280 \, \text{Дж} + 2,260,000 \, \text{Дж} = 2,595,280 \, \text{Дж} \]

Таким образом, чтобы превратить всю воду в пар при 100°C, необходимо передать 2,595,280 Дж теплоты.

г) Чтобы восстановить 40% теплоты, необходимой для превращения всей воды в пар, мы можем использовать следующую формулу:

\[ Q = \frac{100}{\text{проценты}} \times Q_{\text{общ}} \]

Теплота, необходимая для превращения всей воды в пар, была вычислена в пункте б) и составила 2,260,000 Дж. Мы хотим узнать, какое количество теплоты должно выделиться при сгорании топлива.

\[ Q_{\text{необходимая}} = \frac{100}{40} \times 2,260,000 \, \text{Дж} = 5,650,000 \, \text{Дж} \]

Таким образом, чтобы 40% теплоты, выделенной при сгорании топлива, было достаточно для превращения всей воды в пар, необходимо, чтобы выделилось 5,650,000 Дж теплоты.