1 Что называют удельной теплотой парообразования жидкости? В каких единицах в СИ её измеряют?
Удельная теплота парообразования жидкости - это количество теплоты, которое необходимо передать единице массы жидкости, чтобы её превратить в пар при неизменной температуре.
Удельную теплоту парообразования обычно измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг) в системе СИ.
2 Как соотносятся между собой количество теплоты, выделяющееся при конденсации 1 кг пара, и количество теплоты, затраченное на получение 1 кг пара того же вещества при испарении (при одинаковом внешнем давлении)? Объясните свой ответ.
Количество теплоты, выделяющееся при конденсации 1 кг пара и количество теплоты, затраченное на получение 1 кг пара того же вещества при испарении при одинаковом внешнем давлении, равны по величине, но противоположны по знаку.
Это объясняется законом сохранения энергии. В процессе испарения жидкости теплота поглощается и преобразуется в внутреннюю энергию пара, а при конденсации пара теплота выделяется, возвращаясь в виде внешней энергии веществу в жидком состоянии. Теплота, затрачиваемая на испарение, компенсируется теплотой, выделяющейся при конденсации.
3 Опишите процесс кипения, ответив на следующие вопросы.
Что происходит с давлением насыщенного пара внутри пузырьков по мере нагревания жидкости?
Что происходит с пузырьками по мере нагревания жидкости?
Пузырьки в жидкости образуются при нагревании, так как при повышении температуры жидкость испускает газ, обычно это пар воды, который образует пузырьки. Постепенно, по мере нагревания, пузырьки становятся всё больше и подымаются к поверхности.
Какая сила отрывает пузырёк, образующийся в нагреваемой жидкости, от дна сосуда? Почему перед закипанием вода шумит?
Пузырёк, образующийся в нагреваемой жидкости, отрывается от дна в результате действия силы Архимеда, которая возникает, когда пузырёк становится легче жидкости, и сила тяжести, которая действует на пузырёк. Если сила Архимеда превышает силу тяжести, то пузырёк начинает подниматься к поверхности жидкости.
Перед закипанием вода шумит из-за того, что образующиеся микропузырьки движутся в жидкости вверх и вниз, в результате чего возникает колебание жидкости и её поверхности. Эта физическая реакция называется кавитацией и она сопровождается звуковыми волнами, что вызывает шум.
Как изменяются размеры пузырьков, образующихся в прогретой жидкости, по мере их подъёма к поверхности?
По мере подъёма к поверхности, пузырьки становятся всё больше и могут объединяться с другими пузырьками на своём пути. Это происходит потому, что на пузырьки, находящиеся ближе к поверхности, действует меньше воды, и поэтому их давление ниже, чем у пузырьков, находящихся глубже. Это приводит к объединению пузырьков в более крупные образования.
4 Изменяется ли температура жидкости при её кипении?
Температура жидкости не изменяется в процессе кипения. Энергия, которая поступает в жидкость из-за нагревания, уходит из неё в виде теплоты испарения, при котором жидкость превращается в пар.
5 Чем определяется температура кипения жидкости?
Температура кипения жидкости определяется её давлением и свойствами молекул, из которых она состоит. Чем выше давление на жидкость, тем выше её температура кипения. Свойства молекул жидкости, такие как масса, размер и взаимодействие, также влияют на температуру кипения. Жидкости, состоящие из более крупных молекул, например, масла, имеют более высокую температуру кипения, чем жидкости с более легкими молекулами, например, спирт.
* 6 Почему температура кипения зависит от внешнего давления?
Температура кипения зависит от внешнего давления, потому что при кипении жидкость превращается в пар, который оказывает давление на внешнюю среду. Чем выше давление, тем труднее молекулам жидкости разрывать связи и переходить в парообразное состояние. В результате, для того, чтобы одна молекула перешла в пар, она должна получить больше энергии, а это означает, что для кипения жидкости при высоком давлении требуется более высокая температура.
* 7 Почему различаются температуры кипения у различных жидкостей?
Температуры кипения у различных жидкостей зависят от их свойств, таких как масса молекул, размер, взаимодействие и другие параметры. Для жидкостей с более лёгкими молекулами, такими как спирт, температура кипения будет ниже, чем для тяжелых молекул, таких как масла. Также, температура кипения можно изменять, добавляя к веществу другие вещества, изменяющие его свойства. Например, добавление соли к воде может повысить её температуру кипения.
1 Какое количество теплоты необходимо для обращения в пар 10 г спирта при его температуре кипения и нормальном атмосферном давлении?
Для обращения 10 г спирта в пар при его температуре кипения и нормальном атмосферном давлении необходимо затратить теплоту испарения.
Теплота испарения спирта при температуре кипения (78,3 °C) и нормальном атмосферном давлении (1013,25 гПа) равна 846,6 Дж/г.
Таким образом, необходимое количество теплоты для обращения в пар 10 г спирта будет:
Q = m * L
где Q - количество теплоты, м - масса вещества, L - теплота испарения.
Подставляя значения, получаем:
Q = 10 г * 846,6 Дж/г ≈ 8466 Дж
Ответ: 8466 Дж.
2 Какое количество теплоты Q выделится при конденсации водяного пара массой m=1,5кг при температуре 100 °С и нормальном атмосферном давлении?
Для вычисления количества выделившейся теплоты при конденсации водяного пара необходимо знать теплоту конденсации воды при данной температуре и давлении.
Теплота конденсации воды при температуре кипения (100 °C) и нормальном атмосферном давлении (1013,25 гПа) составляет 2260 кДж/кг.
Таким образом, количество выделившейся теплоты Q при конденсации водяного пара массой m = 1,5 кг будет:
где Q - количество выделившейся теплоты, m - масса водяного пара, L - теплота конденсации.
Q = 1,5 кг * 2260 кДж/кг = 3390 кДж
Ответ: 3390 кДж.
3 Найдите количество теплоты Q, требующееся для нагревания до температуры кипения и превращения в пар спирта массой m=10кг, взятого при температуре t=18 °С и нормальном атмосферном давлении.
4 Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы 1 л воды, взятой при комнатной температуре 20 °С, нагреть до кипения и превратить в пар при нормальном атмосферном давлении?
Для вычисления количества необходимой теплоты для нагревания воды до кипения и ее превращения в пар необходимо разделить процесс на две части и рассчитать количество потребляемой теплоты для каждой.
1. Нагревание воды до температуры кипения
Для нагревания воды до температуры кипения необходимо затратить теплоту нагрева. Учитывая, что начальная температура воды равна 20 °C, а конечная - температуре кипения воды (100 °C), можно использовать формулу:
Q1 = m * c * ΔT
где Q1 - количество теплоты для нагрева, m - масса воды (в данном случае 1 кг, так как 1 литр воды эквивалентен по массе 1 кг), c - удельная теплоемкость воды, ΔT - изменение температуры.
Учитывая, что удельная теплоемкость воды при постоянном давлении равна 4,18 Дж/(г * K), получаем:
Q1 = 1 кг * 4,18 Дж/(г * K) * (100 °C - 20 °C) = 334,4 кДж
2. Превращение воды в пар
Для превращения воды в пар необходимо затратить теплоту испарения.
Теплота испарения воды при температуре кипения (100 °C) и нормальном атмосферном давлении (1013,25 гПа) равна 2257 Дж/г.
Таким образом, количество необходимой теплоты для превращения 1 л воды в пар будет:
Q2 = m * L
где Q2 - количество теплоты для превращения, m - масса воды (в данном случае 1 кг, так как 1 литр воды эквивалентен по массе 1 кг), L - теплота испарения.
Q2 = 1 кг * 2257 Дж/г = 2257 кДж
Таким образом, общее количество теплоты для нагревания 1 л воды до кипения и ее превращения в пар при нормальном атмосферном давлении составит:
Q = Q1 + Q2 = 334,4 кДж + 2257 кДж = 2591,4 кДж
Ответ: 2591,4 кДж.