Яка буде збільшена внутрішня енергія, якщо 10 кг льоду при 0 °С перетворити на пару з температурою

100 °С?

Чтобы решить эту задачу, нам потребуется знать некоторые характеристики фазовых переходов и взаимодействий вещества. Когда мы переводим вещество из одной фазы в другую, требуется энергия для изменения его состояния.

Сначала мы должны рассмотреть нагревание льда до его плавления (0 °C). Этот процесс известен как поглощение или выделение тепла. Чтобы рассчитать количество тепла, необходимого для этого, мы можем использовать формулу:
\[Q_1 = m \cdot c_1 \cdot \Delta T_1\]
где \(Q_1\) - количество тепла, \(m\) - масса вещества, \(c_1\) - удельная теплоемкость вещества, \(\Delta T_1\) - изменение температуры.

Для льда удельная теплоемкость \(c_1\) равна 2.09 кДж/кг·°C, поэтому \(Q_1 = 10 \cdot 2.09 \cdot (0-(-10)) = 209\) кДж.

Затем мы должны рассмотреть процесс плавления льда при 0 °C. В этом случае тепло также поглощается, но оно не изменяет температуру, а используется для разрушения межмолекулярных связей. Количество тепла, необходимое для плавления льда, можно выразить формулой:
\[Q_2 = m \cdot L\]
где \(Q_2\) - количество тепла для плавления, \(L\) - теплота плавления.

Для льда \(L\) равна 334 кДж/кг, поэтому \(Q_2 = 10 \cdot 334 = 3340\) кДж.

И наконец, мы должны рассмотреть процесс нагревания пара до требуемой температуры (100 °C). Тепло снова поглощается по формуле:
\[Q_3 = m \cdot c_2 \cdot \Delta T_2\]
где \(Q_3\) - количество тепла, \(c_2\) - удельная теплоемкость пара, \(\Delta T_2\) - изменение температуры.

Для пара \(c_2\) равна 2.03 кДж/кг·°C, поэтому \(Q_3 = 10 \cdot 2.03 \cdot (100-0) = 2030\) кДж.

Таким образом, общая внутренняя энергия, которую мы добавим, чтобы превратить 10 кг льда при 0 °C в пар при 100 °C, будет равна сумме этих трех величин:
\[Q = Q_1 + Q_2 + Q_3 = 209 + 3340 + 2030 = 5579\] кДж.

Таким образом, внутренняя энергия увеличится на 5579 кДж.