Измерение удельной теплоты конденсации
5/10Ученики опытным путём определяют удельную теплоту конденсации воды. Описание эксперимента: в крышку теплоизолированного сосуда впаяна длинная трубка с площадью поперечного сечения \(S = 10\text{ см}^2\), закрытая лёгким поршнем (см. рис.). Сосуд заполнен водой и её насыщенным паром при температуре \(t = 100^\circ\text{C}\). Внешнее давление равно давлению насыщенного пара в сосуде. Через сосуд проходит змеевик с площадью поперечного сечения \(S_1 = 0{,}1\text{ см}^2\), по которому пропускается холодная вода со скоростью \(v = 10\text{ см/с}\). Температура воды на входе змеевика \(t_1 = 10^\circ\text{C}\), на выходе \(t_2 = 90^\circ\text{C}\). Водяные пары конденсируются и поршень в гладкой трубке опускается со скоростью \(U = 24\text{ см/с}\).

Найдите по этим данным удельную теплоту \(L\) конденсации воды. Удельная теплоёмкость воды \(c = 4200\text{ Дж/(кг}\cdot{}^\circ\text{C)}\), отношение плотности \(\rho\) воды к плотности \(\rho_{НАС}\) насыщенного водяного пара при температуре \(t = 100^\circ\text{C}\) равно \(\rho/\rho_{НАС} = 1600\).
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаКакая масса воды проходит через змеевик за секунду и сколько тепла она получает? Какой объём пара при этом конденсируется за секунду и какова его масса?
Ответ1) \(L \approx 2{,}24\cdot 10^6\text{ Дж/кг}\).
РешениеЗа секунду через змеевик проходит вода массой \(\rho S_1 v\); она получает количество теплоты \(c\rho S_1 v (t_2 - t_1)\). Пар, конденсирующийся за секунду, занимает объём \(S U\) и имеет массу \(\rho_{НАС} S U\); при конденсации он отдаёт \(\rho_{НАС} S U L\). Потерь нет, поэтому \[L = \frac{\rho}{\rho_{НАС}}\cdot\frac{c\, S_1 v (t_2 - t_1)}{S U} = 1600\cdot\frac{4200\cdot 0{,}1\cdot 10\cdot 80}{10\cdot 24}\text{ Дж/кг} \approx 2{,}24\cdot 10^6\text{ Дж/кг}.\]
Похожие задачи
- Скорость пара из носика чайника «Шаг в будущее» 2014/15, 11 кл.
- Кипятильники в кастрюле с водой Курчатов 2019/20, 8 кл.
- Скорость паров тосола «Бельчонок» 2021/22, 8 кл.
- Пар впускают к льду ИОШ 2025/26, 10 кл.
- Котёл парового двигателя ИОШ 2025/26, 9 кл.
- Кризис кипения МОШ 2025/26, 8 кл.