Яка є різниця у внутрішній енергії між 1 кг водяної пари при 100°С і 1 кг льоду?

Чтобы решить эту задачу, нам необходимо использовать уравнение изменения внутренней энергии вещества.

Внутренняя энергия вещества определяется его температурой и фазой — состоянием, в котором оно находится. В данной задаче мы имеем два состояния — 1 кг водяного пара при 100°C и 1 кг льда.

Для водяного пара при 100°C мы знаем, что он находится в состоянии насыщенного пара, поскольку эта температура соответствует его точке кипения при атмосферном давлении. Поэтому, чтобы определить внутреннюю энергию водяного пара при 100°C, нам нужно учесть два фактора: энергию, связанную с его температурой, и энергию, связанную с его фазовым переходом из жидкого состояния в газообразное.

Теперь рассмотрим 1 кг льда. При 0°C лед находится в твердом состоянии, поэтому для определения его внутренней энергии мы должны учесть только энергию, связанную с его температурой.

Для точного решения задачи нам понадобятся калориметрические данные, которые дают нам информацию о количестве тепла, которое необходимо передать или выделить, чтобы изменить состояние вещества.

Для водяного пара при 100°C используем данные, которые говорят нам, что для испарения 1 кг воды при точке кипения необходимо передать 2257 кДж тепла. Это число называется удельной теплотой парообразования воды.

Для льда при 0°C используем данные, которые говорят нам, что для плавления 1 кг льда необходимо передать 334 кДж тепла. Это число называется удельной теплотой плавления льда.

Теперь мы можем рассчитать разницу внутренней энергии между 1 кг водяного пара при 100°C и 1 кг льда.

Для водяного пара: Внутренняя энергия = энергия, связанная с температурой + энергия, связанная с фазовым переходом
= mcΔT + mL,
где m - масса воды (1 кг), c - удельная теплоемкость воды, ΔT - изменение температуры (100°C - 0°C = 100°C), L - удельная теплота парообразования.

Для льда: Внутренняя энергия = энергия, связанная с температурой
= mcΔT,
где m - масса льда (1 кг), c - удельная теплоемкость льда, ΔT - изменение температуры (0°C - -100°C = 100°C).

Теперь подставим известные значения в уравнения и рассчитаем результат.

Для водяного пара: Внутренняя энергия = mcΔT + mL
= 1 кг * 4,186 Дж/(г°C) * 100°C + 1 кг * 2257 кДж/кг
= 418,6 кДж + 2257 кДж
= 2675,6 кДж

Для льда: Внутренняя энергия = mcΔT
= 1 кг * 2,093 Дж/(г°C) * 100°C
= 209,3 кДж

Таким образом, разница внутренней энергии между 1 кг водяного пара при 100°C и 1 кг льда составляет:

2675,6 кДж - 209,3 кДж = 2466,3 кДж