Чтобы решить задачу на определение количества теплоты, необходимой для нагрева и парообразования воды, нам нужно учитывать два этапа: нагревание воды до 100 градусов Цельсия и её парообразование. Давайте разберем это по шагам.
- Определение объема аквариума:
Длина ( L ) = 1 м \
Ширина ( W ) = 40 см = 0.4 м \
Глубина ( H ) = 20 см = 0.2 м
Объем аквариума ( V ) = ( L \times W \times H )
[ V = 1 \, \text{м} \times 0.4 \, \text{м} \times 0.2 \, \text{м} = 0.08 \, \text{м}^3 ]
- Определение массы воды:
Плотность воды ( \rho ) = 1000 кг/м³
Масса воды ( m ) = ( \rho \times V )
[ m = 1000 \, \text{кг/м}^3 \times 0.08 \, \text{м}^3 = 80 \, \text{кг} ]
- Количество теплоты для нагрева воды:
Формула для вычисления количества теплоты ( Q_1 ) для нагрева воды:
[ Q_1 = m \times c \times \Delta T ]
где:
- ( m ) — масса воды,
- ( c ) — удельная теплоемкость воды (4200 Дж/кг·°С),
- ( \Delta T ) — изменение температуры (от 25 до 100 градусов Цельсия, ( \Delta T = 100 - 25 = 75 ) °С).
[ Q_1 = 80 \, \text{кг} \times 4200 \, \text{Дж/кг·°С} \times 75 \, °\text{С} ]
[ Q_1 = 80 \times 4200 \times 75 = 25200000 \, \text{Дж} = 2.52 \times 10^7 \, \text{Дж} ]
- Количество теплоты для парообразования 2 кг воды:
Формула для вычисления количества теплоты ( Q_2 ) для парообразования:
[ Q2 = m{\text{пар}} \times L ]
где:
- ( m_{\text{пар}} ) — масса воды, которая превращается в пар (2 кг),
- ( L ) — удельная теплота парообразования (2.3 × 10^6 Дж/кг).
[ Q_2 = 2 \, \text{кг} \times 2.3 \times 10^6 \, \text{Дж/кг} ]
[ Q_2 = 2 \times 2.3 \times 10^6 = 4.6 \times 10^6 \, \text{Дж} ]
- Общее количество теплоты:
[ Q_{\text{общ}} = Q_1 + Q_2 ]
[ Q_{\text{общ}} = 2.52 \times 10^7 \, \text{Дж} + 4.6 \times 10^6 \, \text{Дж} ]
[ Q_{\text{общ}} = 2.98 \times 10^7 \, \text{Дж} ]
Итак, общее количество теплоты, необходимое для нагревания воды от 25 до 100 градусов Цельсия и для парообразования 2 кг воды, составляет ( 2.98 \times 10^7 ) Дж.