Для приготовления чая турист положил в котелок лед массой 2кг, имеющий температуру 0 °С. Какое количество...

Для превращения льда массой 2 кг при температуре 0 °C в кипяток при температуре 100 °C необходимо сначала нагреть лед до температуры плавления (0 °C), затем превратить его в воду при той же температуре, а затем нагреть воду до кипения (100 °C).

1. Нагревание льда до температуры плавления: Q1 = m c ΔT, где m - масса льда (2 кг), c - удельная теплоемкость льда (2090 Дж/(кг°C)), ΔT - изменение температуры (0 - 0 = 0 °C). Q1 = 2 2090 * 0 = 0 Дж.

2. Плавление льда: Q2 = m L, где L - удельная теплота плавления льда (334 кДж/кг). Q2 = 2 334 = 668 кДж = 668000 Дж.

3. Нагревание воды от 0 °C до 100 °C: Q3 = m c ΔT, где m - масса воды (2 кг), c - удельная теплоемкость воды (4186 Дж/(кг°C)), ΔT - изменение температуры (100 - 0 = 100 °C). Q3 = 2 4186 * 100 = 837200 Дж.

Итак, общее количество теплоты, необходимое для превращения 2 кг льда при температуре 0 °C в кипяток при температуре 100 °C, составляет: Q = Q1 + Q2 + Q3 = 0 + 668000 + 837200 = 1508200 Дж.

Для решения этой задачи нужно определить количество теплоты, необходимое для превращения льда в воду при 0 °C, затем для нагревания этой воды до 100 °C, и, наконец, для превращения воды в пар. Однако, если под "кипятком" подразумевается просто вода при 100 °C, без ее превращения в пар, то последнее действие не нужно учитывать. Давайте выполним эти расчеты.

1. Плавление льда:

   Для начала нужно растопить лед, превращая его в воду при 0 °C. Это требует определенного количества теплоты, называемого теплотой плавления. Теплота плавления льда составляет примерно 334 кДж/кг.

   [ Q_1 = m \cdot \lambda ]

   где:

   • ( m = 2 \, \text{кг} ) — масса льда,
   • ( \lambda = 334 \, \text{кДж/кг} ) — удельная теплота плавления льда.

   Подставляем значения:

   [ Q_1 = 2 \, \text{кг} \times 334 \, \text{кДж/кг} = 668 \, \text{кДж} ]

2. Нагревание воды от 0 °C до 100 °C:

   Далее, нагреваем полученную воду от 0 °C до 100 °C. Для этого используем формулу для расчета количества теплоты, необходимого для нагревания:

   [ Q_2 = m \cdot c \cdot \Delta T ]

   где:

   • ( c = 4.18 \, \text{кДж/(кг} \cdot \text{°C)} ) — удельная теплоемкость воды,
   • ( \Delta T = 100 \, \text{°C} ) — изменение температуры.

   Подставляем значения:

   [ Q_2 = 2 \, \text{кг} \times 4.18 \, \text{кДж/(кг} \cdot \text{°C)} \times 100 \, \text{°C} = 836 \, \text{кДж} ]

3. Общее количество теплоты:

   Суммарное количество теплоты, необходимое для превращения льда в воду при 100 °C, равно сумме теплоты на плавление и нагревание:

   [ Q = Q_1 + Q_2 = 668 \, \text{кДж} + 836 \, \text{кДж} = 1504 \, \text{кДж} ]

Таким образом, для превращения 2 кг льда при 0 °C в воду при 100 °C требуется 1504 кДж теплоты.