Сколько теплоты выделилось при охлаждении паров массой 200 г с 85 °C до точки кипения и их полном конденсировании?

Чтобы решить данную задачу, необходимо воспользоваться формулами, связанными с теплопередачей.

Первым шагом определим, какой процесс происходит при охлаждении паров массой 200 г с 85 °C до точки кипения и их полном конденсировании. В данном случае все пары конденсируются, что означает, что процесс является изобарным.

Известно, что для изобарного процесса теплота передается по формуле:

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

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

В нашем случае, масса паров составляет 200 г. Для определения количества теплоты, выделившегося при охлаждении, нужно разделить данный процесс на два этапа: охлаждение от 85 °C до точки кипения и конденсация.

1. Охлаждение от 85 °C до точки кипения.

Для этого необходимо знать удельную теплоемкость паров. Возьмем для примера удельную теплоемкость водяных паров \(c_v = 2,\!0 \, \text{кал/(г} \cdot \text{°C)}\).

Тогда для первого этапа получим:

\(\Delta T_1 = T_1 - T_2\),

где \(T_1\) = 85 °C - исходная температура паров,
\(T_2\) = 100 °C - температура точки кипения для воды на уровне моря.

Вычислим \(\Delta T_1\):

\(\Delta T_1 = 85 - 100 = -15\) °C.

Теперь можно найти количество теплоты \(Q_1\):

\[Q_1 = m \cdot c_v \cdot \Delta T_1\],

\[Q_1 = 200 \cdot 2,\!0 \cdot (-15)\].

Выполняя простые вычисления:

\[Q_1 = -6000 \, \text{кал}.\]

Ответ: При охлаждении паров массой 200 г с 85 °C до точки кипения выделилось 6000 калорий теплоты.

2. Конденсация.

Для второго этапа нужно учесть, что при конденсации паров вода освобождает теплоту конденсации. Её можно определить по формуле:

\[Q_2 = m \cdot L_v\],

где \(L_v\) - удельная теплота парообразования вещества.

Для воды \(L_v = 540 \, \text{кал/г}\).

Вычислим количество теплоты \(Q_2\):

\[Q_2 = 200 \cdot 540.\]

\[Q_2 = 108000 \, \text{кал}.\]

Ответ: Полное конденсирование паров массой 200 г выделило 108000 калорий теплоты.

Итак, если сложить количество теплоты от охлаждения и конденсации:

\[Q = Q_1 + Q_2\],

\[Q = -6000 + 108000\].

\[Q = 102000 \, \text{кал}\].

Таким образом, при процессе охлаждения паров массой 200 г с 85 °C до точки кипения и их полном конденсировании выделилось 102000 калорий теплоты.