Решение задачи: Удельная теплота парообразования спирта

Вот ответы на вопросы из карточки: КАРТОЧКА 8 1. Почему метеорит, пролетая через атмосферу Земли, нагревается? Метеорит нагревается из-за трения о воздух в атмосфере Земли. При очень высокой скорости движения метеорита, молекулы воздуха сталкиваются с его поверхностью, что приводит к сильному нагреву и даже плавлению метеорита. 2. Какая одежда теплее: шерстяная или хлопчатобумажная? Почему? Шерстяная одежда теплее хлопчатобумажной. Это связано с тем, что шерстяные волокна имеют более пористую структуру, между ними задерживается больше воздуха. Воздух является плохим проводником тепла, поэтому он создает теплоизолирующий слой, который лучше сохраняет тепло тела. 3. Можно ли в оловянной ложке расплавить кусочек цинка? Температура плавления олова составляет около 232 °C, а температура плавления цинка — около 420 °C. Чтобы расплавить цинк, его нужно нагреть до 420 °C. При такой температуре оловянная ложка уже расплавится. Поэтому в оловянной ложке расплавить кусочек цинка нельзя. 4. Почему температура воды в открытом стакане всегда немного ниже температуры в комнате? Температура воды в открытом стакане всегда немного ниже температуры в комнате из-за процесса испарения. При испарении с поверхности воды улетают самые быстрые (самые энергичные) молекулы. Это приводит к уменьшению средней кинетической энергии оставшихся молекул воды, что проявляется в понижении температуры воды. 5. Сырые дрова горят хуже, чем сухие. Почему? Сырые дрова горят хуже, чем сухие, потому что в них содержится большое количество воды. При горении часть тепловой энергии, которая могла бы идти на поддержание горения, расходуется на испарение этой воды. Пока вся вода не испарится, температура горения будет ниже, и дрова будут гореть менее эффективно. 6. Удельная теплота парообразования спирта 0,9 МДж/кг. Что это число означает? Сколько тепла потребуется, чтобы обратить в пар 6 кг спирта, взятого при температуре кипения? * Что это число означает? Удельная теплота парообразования спирта 0,9 МДж/кг означает, что для превращения 1 килограмма спирта, находящегося при температуре кипения, в пар (при той же температуре) необходимо затратить 0,9 мегаджоулей (или 900 000 джоулей) тепловой энергии. * Сколько тепла потребуется, чтобы обратить в пар 6 кг спирта, взятого при температуре кипения? Дано: Масса спирта \(m = 6\) кг Удельная теплота парообразования спирта \(L = 0,9\) МДж/кг \( = 0,9 \cdot 10^6\) Дж/кг Найти: Количество теплоты \(Q\) Формула для расчета количества теплоты, необходимого для парообразования: \[Q = L \cdot m\] Подставляем значения: \[Q = 0,9 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг} \cdot 6 \text{ кг}\] \[Q = 5,4 \cdot 10^6 \text{ Дж}\] \[Q = 5,4 \text{ МДж}\] Ответ: Чтобы обратить в пар 6 кг спирта, взятого при температуре кипения, потребуется 5,4 МДж теплоты. * Какое количество теплоты потребуется, чтобы 200 г свинца, взятого при 27 °C, расплавить? Постройте график зависимости температуры от времени нагревания. Дано: Масса свинца \(m = 200\) г \( = 0,2\) кг Начальная температура свинца \(t_1 = 27\) °C Для решения задачи нам потребуются справочные данные для свинца: Удельная теплоемкость свинца \(c = 130\) Дж/(кг·°C) Температура плавления свинца \(t_{пл} = 327\) °C Удельная теплота плавления свинца \(\lambda = 25 \cdot 10^3\) Дж/кг Найти: Количество теплоты \(Q\) Расчет количества теплоты состоит из двух этапов: 1. Нагревание свинца от начальной температуры до температуры плавления. 2. Плавление свинца при температуре плавления. 1. Количество теплоты для нагревания: \[Q_1 = c \cdot m \cdot (t_{пл} - t_1)\] \[Q_1 = 130 \text{ Дж/(кг·°C)} \cdot 0,2 \text{ кг} \cdot (327 \text{ °C} - 27 \text{ °C})\] \[Q_1 = 130 \text{ Дж/(кг·°C)} \cdot 0,2 \text{ кг} \cdot 300 \text{ °C}\] \[Q_1 = 7800 \text{ Дж}\] 2. Количество теплоты для плавления: \[Q_2 = \lambda \cdot m\] \[Q_2 = 25 \cdot 10^3 \text{ Дж/кг} \cdot 0,2 \text{ кг}\] \[Q_2 = 5000 \text{ Дж}\] Общее количество теплоты: \[Q = Q_1 + Q_2\] \[Q = 7800 \text{ Дж} + 5000 \text{ Дж}\] \[Q = 12800 \text{ Дж}\] \[Q = 12,8 \text{ кДж}\] Ответ: Чтобы расплавить 200 г свинца, взятого при 27 °C, потребуется 12,8 кДж теплоты. Постройте график зависимости температуры от времени нагревания. Для построения графика нам нужно представить, как меняется температура свинца при равномерном подводе тепла. График будет иметь три участка: 1. Участок нагревания твердого свинца: температура линейно растет от 27 °C до 327 °C. 2. Участок плавления: температура остается постоянной (327 °C), пока весь свинец не расплавится. 3. Участок нагревания жидкого свинца (если бы нагревание продолжалось): температура снова начала бы расти. Для построения графика нам нужно условно принять, что тепло подводится равномерно. Пусть, например, на нагревание 1 кг свинца на 1 °C уходит 1 единица времени, а на плавление 1 кг свинца уходит 1 единица времени. Тогда: * Нагревание 0,2 кг свинца на 300 °C (от 27 °C до 327 °C) потребует \(0,2 \cdot 300 = 60\) условных единиц времени. * Плавление 0,2 кг свинца потребует \(0,2 \cdot (\lambda / c)\) условных единиц времени, или, если считать по энергии, то \(Q_1 = 7800\) Дж и \(Q_2 = 5000\) Дж. Если принять, что \(Q_1\) соответствует времени \(t_1\), а \(Q_2\) соответствует времени \(t_2\), то \(t_1 / t_2 = Q_1 / Q_2 = 7800 / 5000 = 1,56\). То есть, участок нагревания будет примерно в 1,56 раза длиннее участка плавления по оси времени. Примерный вид графика: (Нарисуйте оси координат. Горизонтальная ось - "Время (t)", вертикальная ось - "Температура (°C)") * На оси температуры отметьте 27 °C и 327 °C. * На оси времени отметьте условные точки, соответствующие окончанию нагревания и окончанию плавления. 1. Начальная точка: (0, 27 °C). 2. Первый участок: Прямая линия, идущая вверх от (0, 27 °C) до точки (t1, 327 °C), где t1 - время, необходимое для нагревания. 3. Второй участок: Горизонтальная прямая линия от (t1, 327 °C) до точки (t1 + t2, 327 °C), где t2 - время, необходимое для плавления. Примерные значения для графика (если принять, что 1 кДж энергии подводится за 1 условную единицу времени): * Нагревание: 7,8 условных единиц времени (температура от 27 °C до 327 °C). * Плавление: 5 условных единиц времени (температура 327 °C). Таким образом, график будет выглядеть как ломаная линия: сначала наклонный участок вверх, затем горизонтальный участок. ``` Температура (°C) ^ | / | / | / | / | / | / |/ 327 ------------------ | / | | / | | / | |/ | 27 ------------------ +---------------------> Время (условные единицы) 0 t1 t1+t2 ```