Определение удельной теплоты испарения жидкого азота
5/10Цель эксперимента — определение удельной теплоты испарения жидкого азота при атмосферном давлении. Масса алюминиевого цилиндра \(m_{\text{Al}} = 69\) г, начальная масса контейнера с азотом \(M = 250\) г, температура помещения \(23^\circ\)C. Температура кипения азота — минус \(196^\circ\)C.
Жидкий азот, налитый в пенопластовый контейнер, из-за теплообмена с окружающей средой испаряется. При погружении в азот алюминиевого цилиндра, имевшего температуру помещения, азот начинает активно кипеть. Масса \(M\) контейнера с азотом фиксируется весами. Показания весов (мин:с; г) приведены в таблице:

Удельная теплоёмкость алюминия зависит от температуры (график):

▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаМасса азота, испарившаяся из-за теплообмена с цилиндром, отличается от наблюдаемой убыли массы на величину, которую дают участки графика вне бурного кипения. Теплоту, отданную цилиндром, найдите по площади под графиком \(c(T)\).
Ответ\(\lambda \approx 223\) кДж/кг (по критериям допустимо \(200\)–\(245\) кДж/кг).
РешениеИспользуя график зависимости массы от времени (с учётом скачка \(69\) г при погружении цилиндра), выделим участок «бурного кипения» между моментами \(t_1 \approx 320\) с и \(t_2 \approx 440\) с. Скорость испарения азота из-за теплообмена с окружающей средой до погружения и после \(\approx 0{,}099\) г/с и \(\approx 0{,}094\) г/с; берём среднюю величину. Масса азота, испарившаяся из-за теплообмена с цилиндром, \(m_N \approx 48\) г.
Теплота, которую отдал цилиндр при охлаждении от \(23^\circ\)C до \(-196^\circ\)C, с учётом зависимости \(c(T)\) по площади под графиком: \(Q = m_{\text{Al}}\int c\,dT \approx 69\cdot 155 \approx 10{,}7\) кДж.
Из теплового баланса \(\lambda = \dfrac{Q}{m_N} = \dfrac{10{,}7~\text{кДж}}{0{,}048~\text{кг}}\approx 223\) кДж/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.