Сверхтяжёлая вода с тритием
6/10В сосуде с не проводящими теплоту стенками под лёгким поршнем при атмосферном давлении \(p = 10^5\) Па находится \(m = 1{,}1\) г жидкой сверхтяжёлой воды \(\mathrm{T_2O}\) (молярная масса \(\mu = 22\) г/моль) при температуре \(T_1 = 0\ {}^\circ\)C. Ядра трития (обозначаются T, имеют атомную массу 3), входящие в состав сверхтяжёлой воды, радиоактивны. При распаде одного моля ядер трития выделяется энергия \(E = 1{,}79\) ГДж, при этом каждую секунду в каждом моле трития распадается \(N = 1{,}07\cdot 10^{15}\) его ядер. Молярная изобарная теплоёмкость сверхтяжёлой воды и её пара почти такие же, как и у обычной воды (\(C_\text{в} = 75{,}6\) Дж/(моль\(\cdot\)К) и \(C_\text{п} = 33{,}2\) Дж/(моль\(\cdot\)К), соответственно). Температура кипения при нормальном давлении и молярная теплота испарения тоже близки к соответствующим значениям для обычной воды (\(T_2 = 100\ {}^\circ\)C и \(L = 40\) кДж/моль). Сколько времени \(\tau_1\) потребуется, чтобы довести воду до кипения? В течение какого времени \(\tau_2\) вода будет кипеть? До какой температуры \(T_3\) нагреется содержимое сосуда через время \(\tau_3 = 2{,}5\) часа после начала эксперимента? Каким будет объём \(V\) сосуда к данному моменту времени? Считайте, что вся энергия, выделяющаяся при распаде трития, сообщается воде. Постоянная Авогадро \(N_A = 6\cdot 10^{23}\) моль\(^{-1}\), универсальная газовая постоянная \(R = 8{,}3\) Дж/(моль\(\cdot\)К).
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаУбедитесь, что за всё время распадается малая доля ядер, так что мощность тепловыделения постоянна. Затем по этапам: нагрев воды, кипение при постоянной температуре, нагрев пара при \(p = \text{const}\).
ОтветЧтобы довести воду до кипения, требуется время \(\tau_1 \approx 1184\) с; кипение воды будет происходить в течение промежутка \(\tau_2 \approx 6265\) с; спустя 2,5 часа после начала эксперимента водяной пар в сосуде будет находиться при температуре \(T_3 \approx 671\) К, его объём будет равен \(V \approx 2{,}8\cdot 10^{-3}\) м\(^3\).
Похожие задачи
- Лёд с гайкой в воде МОШ 2010/11, 9 кл.
- Лёд и кипяток в кубе МОШ 2011/12, 8 кл.
- Медный комок в воде МОШ 2011/12, 9 кл.
- Лёд в бассейне МОШ 2011/12, 10 кл.
- Температуры в двух калориметрах МОШ 2013/14, 7-11 кл.
- Кипящая вода и дождь МОШ 2014/15, 8 кл.