В помощь поступающим в вузы. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
11.25. Какую массу льда, взятого при температуре /=0°С, можно
расплавить при сообщении ему такого же количества тепла, которое
необходимо для испарения V =2 л воды? Плотность воды р = 103 кг/м3,
удельная теплота плавления льда А. = 0,33 МДж/кг, удельная теплота
парообразования воды г = 2,26 МДж/кг.
11.26. Какое минимальное количество теплоты надо сообщить т = 2 кг
льда, взятого при температуре tx=- 10°С, чтобы превратить его в пар при
температуре /2 = 100°С? Удельная теплоемкость воды св = 4200 Дж/(кг К),
льда - сл = 2100 Дж/(кг-К), удельная теплота плавления льда X = 0,33
МДж/кг, удельная теплота парообразования воды г = 2,26 МДж/кг.
11.27. Из колбы, в которой находилось т - 800 г воды при t = 0°С,
откачивают воздух и водяные пары, благодаря чему вода в колбе замерзает.
Определить массу образовавшегося льда. Удельная теплота парообразования
воды при t = 0°С равна г = 2,54 МДж/кг, удельная теплота плавления льда X
- 0,33 МДж/кг.
11.28. В калориметр поместили тял = 0,5 кг льда при температуре /л =
-15°С, тв = 0,25 кг воды при температуре /в = 0°С и ти = 0,25 кг пара при
температуре /п = 100°С. Определить, сколько воды окажется в калориметре
после установления теплового равновесия. Удельная теплоемкость воды св =
4200 Дж/(кг-К), льда - сл = 1/2 св, удельная теплота плавления льда X =
0,33 МДж/кг, удельная теплота парообразования воды г = 2,26 МДж/кг.
Теплоемкостью калориметра пренебречь.
117
• Решение. Исходя из условия задачи непосредственно не видно, будет
ли при установившейся температуре в сосуде находиться вода в одной или
двух фазах и в каких именно. Для ясности понимания процессов,
происходящих в калориметре, и составления уравнения теплового баланса
(считая, что система "лед-вода-пар" теплоизолирована) проведем
предварительный числовой анализ.
1. Количество теплоты, которое необходимо льду для нагревания от
температуры tn до температуры плавления (щ, = 0°С и его плавления равно
~ Wj| - ^д) + X тл и 1,8-10 Дж. (1)
2. Количество теплоты, которое может отдать пар, еслн он весь
сконденсируется равно
0п = /-т""5,615-1О5 Дж. (2)
Поскольку 6п > 6л> то это означает, что весь лед расплавится и при
установившейся температуре в системе может находиться только вода и пар
или только вода.
3. Поскольку конечная температура системы не задана, определим, какое
наибольшее количество теплоты может поглотить вода (это будет в том
случае, если вода и растаявший лед нагреются до температуры tn = 100°С):
6в ~ (^в тл) (^п ^пл) w 3,15-10 Дж. (3)
Из выражений (1) и (3) определим количество теплоты, необходимое для
плавления льда н нагревания всей воды в системе то температуры tn:
бл + Ов" 4.95-ю5 Дж. (4)
Сравнивая (Qn + QB) с 6п> можно сделать вывод о направлении процесса:
поскольку (6л + 6в) < 6п> то конечная температура смеси будет равна tu =
100°С и сконденсируется только часть пара массой т0, которую найдем нз
уравнения теплового баланса:
гтй = 2л + 6в
Откуда получим
6л + 6в п "" т0 =---------к 0,22 кг.
Следовательно, в калориметре будет масса воды, равная т = тв + тл + т0 ж
0,97 кг.
• Ответ: т " 0,97 кг.
11.29. В калориметр поместили от, = 2 кг воды при температуре /, =
5°С и от2 = 5 кг льда при температуре t2 = - 40°С. Определить
установившуюся температуру в калориметре. Удельная теплоемкость воды св =
4,2 Дж/(г-К), льда - сл = 2,1 Дж/(г-К), удельная теплота плавления льда X
= 333 Дж/г, плотность воды рв = 103 кг/м3, льда - рл = 900 кг/м3.
Теплоемкостью калориметра пренебречь.
11.30. Теплоизолированный сосуд содержит ж, =2 кг льда и т2= 10 кг
воды при общей температуре /, = 0°С. В сосуд подают водяной пар при
температуре t2 - 100°С. Какая масса воды окажется в сосуде, когда там
установится температура /3 = 80°С? Удельная теплоемкость воды с = 4,2
кДж/(кг-К), удельная теплота плавления льда X = 0,33 МДж/кг, удельная
теплота парообразования воды г = 2,26 МДж/кг. Теплоемкостью сосуда
пренебречь.
118
11.31. В теплоизолированный сосуд, содержащий тх = 50 г водяных паров
при температуре f, = 100°С, поместили кусочек льда массой т2 = 100 г при
температуре /2 = - 5°С. Какая температура установится в сосуде? Удельная
теплота плавления льда X = 333 Дж/г, удельная теплота парообразования
воды г - 2260 Дж/г, удельная теплоемкость воды св = 4,2 Дж/(г-К),
удельная теплоемкость льда сл = 2,1 Дж/(г-К). Теплоемкостью сосуда
пренебречь.
1132. В теплоизолированном латунном сосуде массой тх = 200 г находится т2
= 1 кг льда при температуре tx = -10°С. В сосуд помещают тя3 = 200 г пара
при температуре /2= 110°С. Какая температура установится в сосуде?
Удельная теплоемкость латуни с, = 400 Дж/(кг-К), воды - с = 4200 Дж/(кг-
К), льда - с2 = 2100 Дж/(кг-К), удельная теплоемкость пара в интервале
температур [100°С -г 110°С] с3 = 1670 Дж/(кг-К), удельная теплота
плавления льда X = 0,33 МДж/кг, удельная теплота парообразования воды г =
2,26 МДж/кг.
11.33. В электрический чайник мощностью N = 1 кВт наливают V= 2 л
