На сколько килограммов ртути требуется 300 кДж энергии, чтобы превратиться в пар при 1 °С? Сколько энергии массой

Для решения данной задачи, давайте воспользуемся формулой теплоемкости и фазовой диаграммой ртути.

1) Для первой части задачи, нам необходимо узнать, сколько килограммов ртути требуется, чтобы получить 300 кДж энергии для превращения в пар при 1 °С.

Для этого воспользуемся формулой:

$$Q=m\cdot c\cdot \mathrm{\Delta }T$$

где $Q$ - количество теплоты, $m$ - масса вещества, $c$ - удельная теплоемкость вещества, $\mathrm{\Delta }T$ - изменение температуры.

У нас значение энергии $Q$ известно - 300 кДж (каждый кДж равен 1000 Дж), материал - ртуть, поэтому нам будет нужна удельная теплоемкость ртути $c$, а также известно, что изменение температуры $\mathrm{\Delta }T$ равно 1 °C.

Используя формулу теплоемкости ртути $c=0.14\text{кДж/кг·°C}$, давайте найдем массу ртути $m$:

$$300\text{кДж}=m\cdot 0.14\text{кДж/кг·°C}\cdot 1\text{°C}$$

Перенесем известные величины влево, а неизвестную величину $m$ вправо:

$$m=\frac{300\text{кДж}}{0.14\text{кДж/кг·°C}\cdot 1\text{°C}}$$

После решения получаем:

$$m\approx 2142.86\text{кг}$$

Таким образом, нам понадобится примерно 2142.86 килограмма ртути для получения 300 кДж энергии при превращении в пар при 1 °С.

2) Для второй части задачи, нам необходимо найти количество энергии, которое требуется, чтобы превратить 300 кг ртути в пар при температуре кипения.

Здесь нам нужно использовать фазовую диаграмму ртути. На фазовой диаграмме будет видно, что при температуре кипения ртути (357 °C) она превращается в пар.

Известно, что стандартная удельная теплота парообразования ртути при температуре кипения равна $204\text{кДж/кг}$.

Теперь давайте используем формулу для нахождения количества энергии $Q$ при заданной массе $m$ и удельной теплоте парообразования $L$:

$$Q=m\cdot L$$

Подставим значения:

$$Q=300\text{кг}\cdot 204\text{кДж/кг}$$

После решения получаем:

$$Q=61200\text{кДж}$$

Таким образом, для превращения 300 кг ртути в пар при температуре кипения нам понадобится 61200 кДж энергии.

3) Для третьей части задачи, нам нужно найти количество энергии, которое требуется, чтобы превратить ртуть в пар при температуре 300 °C массой 1 кг.

Для этого мы можем использовать формулу:

$$Q=m\cdot c\cdot \mathrm{\Delta }T+m\cdot L$$

В данном случае есть два компонента: количество теплоты, необходимое для нагрева ртути до заданной температуры (первое слагаемое) и количество теплоты, необходимое для превращения ртути в пар (второе слагаемое).

Используя формулы теплоемкости $c$ и удельной теплоты парообразования $L$, а также заданные значения температуры $\mathrm{\Delta }T$, мы можем выразить это следующим образом:

$$Q=1\text{кг}\cdot c\cdot (300\text{°C}-0\text{°C})+1\text{кг}\cdot L$$

Подставим известные значения:

$$Q=1\text{кг}\cdot 0.14\text{кДж/кг·°C}\cdot (300\text{°C}-0\text{°C})+1\text{кг}\cdot 204\text{кДж/кг}$$

После решения получаем:

$$Q=42\text{кДж}+204\text{кДж}$$

Таким образом, нам понадобится 246 кДж энергии для превращения ртути в пар массой 1 кг при температуре 300 °C.

4) Для последней части задачи, нам нужно найти количество энергии, которое требуется, чтобы превратить 300 кг ртути в пар при температуре 300 °C массой 1 кг.

Для этого мы можем использовать формулу, аналогичную формуле из предыдущего ответа:

$$Q=m\cdot c\cdot \mathrm{\Delta }T+m\cdot L$$

Подставим известные значения:

$$Q=1\text{кг}\cdot 0.14\text{кДж/кг·°C}\cdot (300\text{°C}-0\text{°C})+1\text{кг}\cdot 204\text{кДж/кг}$$

После решения получаем:

$$Q=42\text{кДж}+204\text{кДж}$$

Таким образом, нам понадобится 246 кДж энергии для превращения 300 кг ртути в пар массой 1 кг при температуре 300 °C.

Надеюсь, что я дал максимально подробный ответ с пояснением каждого шага, чтобы он был понятен школьнику. Если остались вопросы, пожалуйста, задавайте!