§ 18. Розрахунок кількості теплоти при пароутворенні (конденсації)

Щоб перетворити на пару 1 кг рідини, необхідно передати їй кількість теплоти, яка чисельно дорівнює питомій теплоті пароутворення. Зрозуміло, якщо необхідно випарувати за тієї самої температури 5 кг рідини, потрібно витратити у 5 разів більше теплоти.

Щоб визначити кількість теплоти, необхідної для перетворення на пару речовини, що перебуває в рідкому стані, потрібно питому теплоту пароутворення речовини помножити на її масу:

Така сама кількість теплоти виділиться під час перетворення 5 кг пари, яка мала температуру 100 °С, на воду, що має таку саму температуру.

Процес зміни температури рідини під час її нагрівання й кипіння можна відобразити за допомогою графіка. Наприклад, для води, яку ми нагріваємо в чайнику, графік залежності її температури від часу нагрівання матиме приблизно такий вигляд, як показано на мал. 1.55. Ділянка AB графіка відповідає нагріванню води від початкової температури 20 °С до температури кипіння 100 °С протягом 10 хв. Ділянка BC відповідає кипінню води. Точка C графіка відповідає моменту, коли уся вода википіла — перетворилася на пару (минуло 40 хв від початку нагрівання і 30 хв від моменту, коли вода почала кипіти). З цього моменту теплота, яка надходить від нагрівника, витрачається на нагрівання пари і, звичайно, чайника.

Процес нагрівання тіла може розпочатися, коли тіло перебуває ще в твердому стані, і закінчитися його повним або частковим випаровуванням у процесі кипіння. Графік такого процесу наведено на мал. 1.56.

У такому випадку повна кількість теплоти, яку необхідно затратити, є сумою: 1) кількості теплоти, яку необхідно надати тілу, щоб нагріти його до температури плавлення (Q₁); 2) кількості теплоти, яку необхідно витратити, щоб перетворити тверде тіло на рідину (розплавити — Q₂); 3) кількості теплоти, яку необхідно надати рідині, щоб нагріти її до температури кипіння (Q₃); 4) кількості теплоти, яка витрачається на випаровування рідини за температури кипіння (Q₄).

Задача. Початкова температура льоду масою т_л = 3 кг становила t₁ = —30 °С. Яку кількість теплоти необхідно затратити, щоб його розплавити, нагріти одержану воду до кипіння і 1 кг випарувати (т = 1 кг)?

На весь процес потрібно кількість теплоти

Підставивши дані умови задачі і виконавши обчислення, одержимо

Отже, на плавлення льоду, температура якого -30 °С, нагрівання води, що утворилася з нього, до кипіння і одержання 1 кг пари необхідно затратити приблизно 9,4 МДж кількості теплоти.

В і д п о в і д ь: Q = 9,4 МДж.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1.    Запишіть формулу для визначення кількості теплоти, яка потрібна для перетворення певної маси рідини на пару за температури її кипіння.

2.    Пальник нагрівника за однакові проміжки часу виділяє однакову кількість теплоти. Який процес триватиме довше: плавлення 1 кг льоду чи випаровування 1 кг води?

3.    Водяна пара сконденсувалася при 100 °С у воду тієї самої температури. Як змінилися при цьому об’єм, маса, вага, густина і внутрішня енергія речовини?

4.    Яку кількість теплоти треба витратити, щоб воду масою 5 кг за температури 0 °С довести до кипіння і всю випарувати?

5.    Яка кількість (маса) водяної пари температурою 100 °С виділить під час конденсації таку саму кількість енергії, як і 2 кг води при охолодженні від 100 до 0 °С?

6*. Яка маса льоду, температура якого 0 °С, розплавиться, якщо йому передати таку кількість теплоти, яка виділяється під час конденсації 8 кг водяної пари при 100 °С і нормальному атмосферному тиску?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бойко