Агрегатные состояния вещества

Плавление и парообразование: Q=λm, Q=Lm. 100 заданий на отработку.

Простыми словами

Кастрюля со льдом стоит на плите: лёд тает, а термометр в нём упорно показывает 0 °C, пока не растает последний кусочек. Тепло идёт не на нагрев, а на разрушение кристалла. Так же кипящая вода остаётся при 100 °C — энергия уходит на превращение воды в пар.

Переход	Название	Теплота
твёрдое → жидкое	плавление	поглощается
жидкое → твёрдое	кристаллизация (отвердевание)	выделяется
жидкое → газ	парообразование (испарение, кипение)	поглощается
газ → жидкое	конденсация	выделяется

График нагревания льда

Во время плавления и кипения температура не меняется

Температура плавления равна температуре кристаллизации (для льда 0 °C). Пока идёт плавление или кипение, температура постоянна.

Плавление и кристаллизация

Q = λm

теплота плавления

где $λ$ («лямбда») — удельная теплота плавления, Дж/кг: сколько теплоты нужно, чтобы расплавить 1 кг вещества, взятого при температуре плавления; $m$ — масса, кг. Для льда $λ = 3, 4 \cdot 1 0^{5} Дж / кг = 340000 Дж / кг$ .

Лёд $m = 8, 3 кг$ при 0 °C: $Q = 340000 \cdot 8, 3 = 2822000 Дж \approx 2, 8 МДж$ .

При кристаллизации той же массы выделяется столько же теплоты.

Парообразование и конденсация

Испарение идёт с поверхности жидкости при любой температуре; быстрее — при большей температуре, площади поверхности и при ветре. Испаряющаяся жидкость охлаждается. Кипение — бурное парообразование по всему объёму при определённой температуре (вода при нормальном давлении — 100 °C).

Q = L m

теплота парообразования

где $L$ — удельная теплота парообразования, Дж/кг: сколько теплоты нужно, чтобы превратить в пар 1 кг жидкости при температуре кипения. Для воды $L = 2, 3 \cdot 1 0^{6} Дж / кг = 2300000 Дж / кг$ .

Вода $m = 3, 3 кг$ при 100 °C: $Q = 2300000 \cdot 3, 3 = 7590000 Дж$ .
Масса: $Q = 1150000 Дж$ → $m = \frac{Q}{L} = \frac{1 150 000}{2 300 000} = 0, 5 кг$ .

При конденсации пара выделяется столько же теплоты, сколько ушло на парообразование. Поэтому ожог паром опаснее ожога кипятком.

Ловушки

$Q = λm$ и $Q = L m$ — только когда вещество уже при температуре плавления (кипения). Если лёд при −10 °C, сначала нагрев: $Q_{1} = c_{л} m Δ t$ , потом плавление: $Q_{2} = λm$ , и $Q = Q_{1} + Q_{2}$ .

$λ$ — «лёд» (плавление), $L$ — «летучий пар» (парообразование). Для воды $L$ почти в 7 раз больше $λ$ : выкипятить воду труднее, чем растопить столько же льда.

Посмотреть и посчитать

Модели

Насыщенный пар и влажность воздуха

Примеры заданий

Это несколько заданий из тренажёра, остальные — в тренажёре в начале страницы.

Сколько теплоты потребуется, чтобы растопить лёд массой 8.3 кг, уже нагретый до температуры плавления?

Лёд массой m = 8.3 кг, удельная теплота плавления λ = 340000 Джкг

Показать ответ

Ответ: 2822000
Решение. Q = λm = 340000·8.3 = 2822000 Дж.

Сколько теплоты потребуется, чтобы превратить в пар воду массой 3.3 кг, уже нагретую до кипения?

Вода массой m = 3.3 кг, удельная теплота парообразования L = 2300000 Джкг

Показать ответ

Ответ: 7590000
Решение. Q = Lm = 2300000·3.3 = 7590000 Дж.

Чтобы испарить воду, уже нагретую до нужной температуры, затратили Q = 1150000 Дж. Найдите массу вещества.

Затрачено Q = 1150000 Дж, удельная теплота парообразования L = 2300000 Джкг

Показать ответ

Ответ: 0.5
Решение. m = QL = 11500002300000 = 0.5 кг.

Чтобы растопить лёд, уже нагретую до нужной температуры, затратили Q = 170000 Дж. Найдите массу вещества.

Затрачено Q = 170000 Дж, удельная теплота плавления λ = 340000 Джкг

Показать ответ

Ответ: 0.5
Решение. m = Q/λ = 170000340000 = 0.5 кг.