Задачи › Испарение и кипение

Определение удельной теплоты испарения жидкого азота

  1. Определение удельной теплоты испарения жидкого азота

    ВсОШ 2020/21, 11 кл.
    5/10

    Цель 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:

    Рисунок

    Удельная теплоёмкость алюминия зависит от температуры (график):

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Масса 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).

    Решение

    Используя 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.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи