Вода
В открытом термосе находится вода при температуре \(t_0=100\,^\circ\text{C}\). Из этой воды 1% испарился. Оцените, на сколько изменится температура \(t\) оставшейся в термосе воды. Удельная теплоёмкость воды \(c_v=4{,}2\text{ кДж/(кг}\cdot\text{К)}\), удельная теплоёмкость водяного пара \(c_a=1{,}9\text{ кДж/(кг}\cdot\text{К)}\) и удельная теплота парообразования воды при температуре \(100\,^\circ\text{C}\) равна \(L=2{,}26\text{ МДж/кг}\). Предполагайте, что теплопотерь через стенки термоса нет. (6 б.)
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаТепло на испарение малой доли воды берётся из остывания оставшейся воды; удельную теплоту парообразования можно считать постоянной во всём узком интервале температур.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(\Delta t=\dfrac{1}{99}\dfrac{L}{c_v}\approx5{,}4\,^\circ\text{C}\) (температура понижается).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИз закона сохранения энергии получаем, что теплота, затраченная на испарение небольшого количества воды, берётся за счёт понижения температуры оставшейся воды.
Хотя в начальный момент испарения пар образуется при температуре \(100\,^\circ\text{C}\), позднее температура и воды, и образующегося пара несколько ниже. Но при новой температуре теплоту, затрачиваемую на испарение малого количества воды, уже нельзя прямо вычислить по теплоте парообразования воды при \(100\,^\circ\text{C}\) (заданной в задаче \(L\)).
Поэтому сделаем упрощение: будем считать, что теплота парообразования воды в этом интервале температур всё время равна \(L\). Пусть первоначальная масса воды в термосе равна \(m\). Получаем \(0{,}01\,mL=0{,}99\,mc_v\Delta t\), откуда \(\Delta t=\dfrac{1}{99}\dfrac{L}{c_v}=5{,}4\,^\circ\text{C}\).
Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.
Похожие задачи
- Смешивание горячей и холодной воды Курчатов 2012/13, отборочный этап, 8 кл.
- Кастрюля с помешиванием «Бельчонок» 2014/15, отборочный этап, 8 кл.
- Теплообменник Эстонская 2015/16, заключительный этап, 9-11 кл.
- Вода из ведра в кастрюлю «Бельчонок» 2015/16, отборочный этап, 8 кл.
- Гиря и стакан кипятка «Бельчонок» 2015/16, заключительный этап, 8 кл.
- Масса ртути с той же теплоёмкостью Ведомственная 2016/17, отборочный этап, 9 кл.