Кількість теплоти, необхідної для перетворення 2 кг льоду, знаходячогося при температурі -10 ° C, у воду і перетворення

Для решения этой задачи воспользуемся формулой изменения внутренней энергии:

\(\Delta Q = m \cdot c \cdot \Delta T\),

где \(\Delta Q\) - количество теплоты, \(m\) - масса вещества, \(c\) - удельная теплоемкость вещества, \(\Delta T\) - изменение температуры.

Первым шагом определим количество теплоты, необходимое для перевода льда в воду при постоянной температуре. Для этого воспользуемся удельной теплотой плавления воды \(L\):

\(\Delta Q_1 = m \cdot L\),

где \(L\) для воды составляет 333,55 кДж/кг.

Далее, рассчитаем количество теплоты, необходимое для нагревания воды до точки кипения. Для этого воспользуемся удельной теплоемкостью воды \(c_2\):

\(\Delta Q_2 = m \cdot c_2 \cdot \Delta T_2\),

где \(c_2\) для воды составляет 4,186 кДж/(кг °C), а \(\Delta T_2\) - разница температур между начальной температурой воды и точкой кипения (100 °C).

Время перехода от льда к воде и от воды к пару происходит при постоянной температуре. Поэтому сумма \(\Delta Q_1\) и \(\Delta Q_2\) даст нам общее количество теплоты для этого перехода.

Теперь рассчитаем количество теплоты, необходимое для превращения воды в пар при постоянной температуре. Для этого воспользуемся удельной теплотой испарения воды \(L"\):

\(\Delta Q_3 = m \cdot L"\),

где \(L"\) для воды составляет 2260 кДж/кг.

Теперь можем подставить числовые значения в формулы и рассчитать ответ:

\(\Delta Q = \Delta Q_1 + \Delta Q_2 + \Delta Q_3\),

\(\Delta Q = (2 \, \text{кг}) \cdot (333,55 \, \text{кДж/кг}) + (2 \, \text{кг}) \cdot (4,186 \, \text{кДж/(кг °C)}) \cdot (100 °C) + (2 \, \text{кг}) \cdot (2260 \, \text{кДж/кг})\).

Подсчитываем:

\(\Delta Q = 667,1 \, \text{кДж} + 837,2 \, \text{кДж} + 4520 \, \text{кДж}\).

Итого, количество теплоты, необходимое для перевода 2 кг льда, находящегося при температуре -10 °C, в воду и превращения этой воды в пар, составляет 6 024,3 кДж.