3 кг льда, взятого при -20 градусов Цельсия, нужно нагреть до кипения и испарить. Сколько для этого...

Для того чтобы определить количество теплоты, необходимой для нагрева 3 кг льда при -20°C до кипения и его испарения, нужно рассмотреть несколько этапов этого процесса. Каждый этап требует расчета теплоты, и затем нужно суммировать все эти величины.

1. Нагрев льда от -20°C до 0°C: Здесь используется формула для нагрева вещества: ( Q = mc\Delta T ), где:

   • ( m ) — масса льда (3 кг),
   • ( c ) — удельная теплоемкость льда (приблизительно 2,1 кДж/(кг·°C)),
   • ( \Delta T ) — изменение температуры (от -20°C до 0°C, то есть 20°C).

   Подставляем значения: [ Q_1 = 3 \, \text{кг} \times 2,1 \, \text{кДж/(кг·°C)} \times 20 \, \text{°C} = 126 \, \text{кДж} ]

2. Плавление льда при 0°C: Для этого используется удельная теплота плавления льда: ( \lambda = 334 \, \text{кДж/кг} ). Формула для расчета теплоты плавления: ( Q = m\lambda ), где ( m ) — масса льда (3 кг).

   Подставляем значения: [ Q_2 = 3 \, \text{кг} \times 334 \, \text{кДж/кг} = 1002 \, \text{кДж} ]

3. Нагрев воды от 0°C до 100°C: Здесь снова используется формула для нагрева вещества: ( Q = mc\Delta T ), где:

   • ( m ) — масса воды (3 кг),
   • ( c ) — удельная теплоемкость воды (приблизительно 4,18 кДж/(кг·°C)),
   • ( \Delta T ) — изменение температуры (от 0°C до 100°C, то есть 100°C).

   Подставляем значения: [ Q_3 = 3 \, \text{кг} \times 4,18 \, \text{кДж/(кг·°C)} \times 100 \, \text{°C} = 1254 \, \text{кДж} ]

4. Испарение воды при 100°C: Для этого используется удельная теплота парообразования воды: ( r = 2260 \, \text{кДж/кг} ). Формула для расчета теплоты испарения: ( Q = mr ), где ( m ) — масса воды (3 кг).

   Подставляем значения: [ Q_4 = 3 \, \text{кг} \times 2260 \, \text{кДж/кг} = 6780 \, \text{кДж} ]

Теперь суммируем все этапы: [ Q_{\text{общая}} = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 = 126 \, \text{кДж} + 1002 \, \text{кДж} + 1254 \, \text{кДж} + 6780 \, \text{кДж} = 9162 \, \text{кДж} ]

Итак, для нагрева 3 кг льда при -20°C до кипения и его испарения потребуется 9162 кДж теплоты.

Для нагревания 3 кг льда от -20 градусов Цельсия до 0 градусов Цельсия потребуется 240 кДж теплоты. Для того, чтобы превратить 3 кг льда при 0 градусах Цельсия в водяной пар при 100 градусах Цельсия, потребуется еще 600 кДж теплоты. Таким образом, всего потребуется 840 кДж теплоты.

Для расчета необходимой теплоты для нагрева и испарения льда используем следующие формулы:

1. Для нагрева льда до температуры кипения: Q1 = m c ΔT где Q1 - количество теплоты для нагрева m - масса льда (3 кг) c - удельная теплоемкость льда (334 Дж/кг*°C) ΔT - изменение температуры (от -20°C до 0°C = 20°C)

Q1 = 3 кг 334 Дж/кг°C * 20°C = 20040 Дж

1. Для плавления льда: Q2 = m * L где Q2 - количество теплоты для плавления L - удельная теплота плавления льда (333 кДж/кг)

Q2 = 3 кг * 333 кДж/кг = 999 кДж = 999000 Дж

1. Для нагрева воды до кипения: Q3 = m c ΔT где Q3 - количество теплоты для нагрева m - масса воды (3 кг) c - удельная теплоемкость воды (4186 Дж/кг*°C) ΔT - изменение температуры (от 0°C до 100°C = 100°C)

Q3 = 3 кг 4186 Дж/кг°C * 100°C = 1255800 Дж

1. Для испарения воды: Q4 = m * L где Q4 - количество теплоты для испарения L - удельная теплота испарения воды (2260 кДж/кг)

Q4 = 3 кг * 2260 кДж/кг = 6780 кДж = 6780000 Дж

Итак, общее количество теплоты, необходимое для нагрева и испарения 3 кг льда, составляет: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 20040 Дж + 999000 Дж + 1255800 Дж + 6780000 Дж = 9047840 Дж

Таким образом, для нагрева и испарения 3 кг льда при -20°C потребуется 9047840 Дж теплоты.