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:

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

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

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

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 \(\Delta T\), 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:

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

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!