Решение задач по теме "Агрегатные состояния вещества. Переходы из одного агрегатного состояния в другое"

Уравнения, применяемые в решении задач

Для решения задач вспомним уравнения, которые будем использовать:

Q = c · m · ( t₂ – t₁) 

Q = L · m

Q = Q₁ + Q₂

В этих уравнениях используются две постоянные величины, которые определяются по таблице (табл. 1):

с – удельная теплоемкость вещества, измеряется [Дж/ кг · ⁰С ] L – удельная теплота парообразования,  [Дж/ кг].  

Таблица 1. Табличные данные для решения задач (Источник)

Первая задача

Какое количество теплоты необходимо сообщить двум килограммам воды, взятым при температуре 50 ⁰С, чтобы полностью эту воду превратить в пар?

Запишем краткое содержание задачи и для простоты решения нарисуем график, на котором  покажем все процессы, происходящие с водой, – нагревание и парообразование (рис. 2).

Рис. 2. График процессов, происходящих с водой при нагревании и кипении (Источник)

На графике Рис. 2 две оси: вертикальная ось температуры и горизонтальная времени.

Точка А – это начальная точка воды при 50 ⁰С, линия АВ – это процесс нагревания воды до кипения в точке В, которая показывает, что два килограмма воды начинают кипеть, то есть вода приступила к парообразованию. ВС – это процесс когда вода превращается в пар.

Из таблицы Рис. 1 выберем удельную теплоемкость воды и удельную теплоту  парообразования воды.

В этих двух величинах есть особенность: вторая величина выражена 10⁶, поэтому при решении необходимо учитывать все нули, которые спрятаны в шестой степени.

Начнем вычислять количество теплоты, необходимое для нагревания воды от 50 ⁰С до температуры кипения:

Второе количество теплоты мы определим как произведение удельной теплоты парообразования,  умноженное на массу воды.

Завершающий этап – это сложение первого и второго количества теплоты для получения полного количества теплоты:

Ответ – это результат, который нам необходимо было получить, и записывается он обязательно после решения задачи. Таким образом, мы выяснили, что для нагрева и парообразования воды нам необходимо количество теплоты, равное 5,02 · 10⁶ Дж.

Вторая задача

Вторая задача будет обратной предыдущей.

200 грамм водяного пара, взятого при температуре 100 ⁰С, перевели в воду, взятую при температуре 20 ⁰С. Какое количество теплоты при этих процессах вода и пар передали окружающей среде?

Запишем краткое условие задачи и рассмотрим график процессов (рис. 3):

Рис. 3. График перехода пара в воду (Источник)

График у нас состоит из двух частей, сначала будет происходить обратный процесс парообразования, то есть конденсация, когда пар превращается в воду – АВ, и остывание воды, которая получилась в результате конденсации – ВС.

Точка А соответствует температуре 100 ⁰С, это начало конденсации пара, прямая АВ – процесс, когда пар переходит из газообразного состояния в жидкость, в точке В – это уже вода при температуре 100 ⁰С, и ВС – это линия, которая характеризует остывание воды. Точка С – конечная температура, которая соответствует 20 ⁰С.

Решение задачи будет связано с теми же постоянными величинами, которые мы использовали в решении предыдущей задачи: удельной теплоемкостью воды и удельной теплотой парообразования.

Сначала мы определим количество теплоты, которое окружающая среда получит в момент конденсации пара, и количество теплоты, которое окружающая среда получит в результате остывания воды.

В этом случае удельная теплота парообразования берется со знаком «- », это означает, что вещество не получает тепло, а, наоборот, отдает.

Знак «-» в ответе говорит о том, что количество теплоты, которое выделилось при остывании и конденсации жидкости и пара, соответственно, будет передано окружающей среде.

Заключение

Мы рассмотрели решение задач и видим, что оно связано с нашей жизнью, ведь при наступлении осени и похолодании вода, находящаяся в атмосфере в виде пара, начинает конденсироваться. В результате выделяется количество теплоты, и выдаются теплые дни, когда это тепло прогревает воду.

На следующем занятии мы с вами поговорим о влажности воздуха. 

 

Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. – М.: Мнемозина.
2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Worldofscience.ru (Источник).
2. Class-fizika.narod.ru (Источник).
3. Files.school-collection.edu.ru (Источник).
4. Files.school-collection.edu.ru (Источник).

 

Домашнее задание

1. Какими путями обусловлены процессы парообразования?
2. О чем говорит отрицательное значение удельной теплоты парообразования?