Задачи › Количество теплоты, уравнение теплового баланса

Вода

  1. Вода

    Эстонская 2010/11, заключительный этап, 9-11 кл. · №25941

    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
    Подсказка

    Тепло 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
    Решение

    Из 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.

    Вся олимпиада на сайте

Похожие задачи