вентилятор
Хорошего настроения!

ОГЭ по физике - парообразование и конденсация



Привет! Посмотрим задачи на парообразование и конденсацию примерно уровня ОГЭ по физике.


Явление превращения жидкости в пар называется парообразованием.


Парообразование, происходящее с поверхности жидкости, называется испарением.



Испарение жидкости

Скорость испарения зависит от рода жидкости.


Испарение происходит тем быстрее, чем выше температура жидкости.





Скорость испарения жидкости зависит от площади её поверхности.


Пар находится в динамическом равновесии

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.


Динамическое равновесие, это такое состояние, когда количество молекул воды, которое выходит из жидкости, равно количество молекул, которое входит в жидкость.


Внутренняя энергия, испаряющейся жидкости уменьшается.


Явление превращения пара в жидкость называется конденсацией.


Конденсация пара сопровождается выделением энергии.


Кипение


Кипение - это интенсивный переход в жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объёму жидкости при определённой температуре.


Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.


Для каждой жидкости своя температура кипения.


Температура кипения некоторых жидкостей

Температура кипения зависит от атмосферного давления. Чем ниже атмосферное давление, там ниже температура кипения. Например, высоко в горах, где атмосферное давление существенно меньше, чем нормальное, температура кипения воды может быть равна 77 °С.


Во время кипения температура жидкости не меняется.





Удельная теплота парообразования и конденсации


Во время кипения необходимо к жидкости подводить определённое количество теплоты.


Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры, называется удельной теплотой парообразование.


Удельная теплота парообразование обозначается буквой L. Измеряется она в Дж/кг.


Чтобы вычислить количество теплоты Q, необходимое для превращения в пар жидкости любой массы, взятой при температуре кипения, нужно воспользоваться формулой:


Q = L m

Q - количество теплоты в (Дж), m - масса в (кг).


Конденсируясь, пар отдаёт то количество энергии, которое пошло на его образование.


Для разных жидкостей разная удельная теплота парообразования.


Таблица удельная теплота парообразования

Количество теплоты, которое выделяет пар массой m, конденсируясь при температуре кипения, определяется по той же формуле.





Задачи


Задача (Разминка)

Сколько энергии израсходовано на нагревание воды массой 1,5 кг от 20 до 100 °С и последующее преобразование этой воды в пар.


Решение:

Найдём, сколько энергии потребовалось для того, чтобы нагреть 1,5 кг воды до 100 °С. Применим формулу, о которой мы говорили здесь.


Q 1 = c m ( t 2 t 1 )
Q 1 = 4200 Д ж к г ° С 1 , 5 к г ( 100 ° С 20 ° С ) = 504 к Д ж

c - удельная теплоёмкость воды, m - масса воды, t2 - конечная температура, t1 - начальная температура.


Найдём количество энергии, которое потребуется для того, чтобы воды превратить в пар.


Q 2 = L m
Q 2 = 2 , 3 10 6 Д ж к г 1 , 5 к г = 3450 к Д ж

Общее количество энергии получается:


Q = Q 1 + Q 2 = 504 к Д ж + 3450 к Д ж = 3954 к Д ж
Ответ: 3954 кДж



Задача (График)

К жидкости подводится 1,5 кДж в минуту. По истечении некоторого времени вся жидкость превратилась в пар. На рисунке представлен график зависимости температуры жидкости от времени. Найдите количество теплоты, которое было затрачено на кипение жидкости.


График температуры некоторой жидкости от времени
Решение:

Сказано, что в начале вещество находилось в жидком состоянии. Мы видим, что на графике есть горизонтальный участок, он соответствует процессу кипения, т.к. при кипении температура жидкости не меняется.


Одна клеточка на рисунке соответствует 2,5 минутам. Получается кипение длилось 17,5 минут (7 клеток * 2,5 минуты). Найдём количество теплоты, которое пошло на процесс кипения:


Q = 17 , 5 м и н 1 , 5 к Д ж / м и н = 26 , 25 к Д ж
Ответ: 26,25 кДж



Задача (Из льда в пар)

Какое количество теплоты потребуется, чтобы из льда массой 3 кг, взятого при температуре -5 °С, получить пар при 100 °С ?


Решение:

Найдём количество теплоты, которое потребуется, чтобы нагреть лёд до температуры плавления. Лёд плавится при 0 °С. Ищем количество теплоты по формуле из этой статьи.


Q 1 = c л m ( t 2 t 1 ) = 2100 Д ж к г ° С 3 к г ( 0 ° С ( 5 ° С ) ) = 31500 Д ж

Обратите внимание, что удельная теплоёмкость льда отличается от удельной теплоёмкости воды.


Найдём количество теплоты, которое потребуется для плавления льда. Об этом мы говорили в этой статье.


Q 2 = λ m = 34 10 4 Д ж к г 3 к г = 1020 к Д ж

Найдём количество теплоты, которое потребуется для того, чтобы нагреть воду с 0 °С до 100 °С (температуры кипения).


Q 3 = c в m ( t 3 t 2 ) = 4200 Д ж к г ° С 3 к г ( 100 ° С 0 ° С ) = 1260 к Д ж

Вычислим количество теплоты, которое нужно, чтобы превратить воду в пар при температуре кипения.


Q 4 = L m = 2 , 3 10 6 Д ж к г 3 к г = 6900 к Д ж

Найдём общее количество теплоты.


Q = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4
Q = 31 , 5 к Д ж + 1020 к Д ж + 1260 к Д ж + 6900 к Д ж = 9211 , 5 к Д ж
Ответ: 9211,5 кДж



Задача (Конденсация пара)

В калориметре находится вода массой mв = 1,5 кг при температуре t1 = 20 °C. Сколько пара, имеющего температуру t2=100 °C, нужно добавить в калориметр, чтобы температура в нём поднялась до t3=50 °C. Ответ дайте в граммах и округлите до целых.


Решение:

Мы говорили в ранее опубликованных статьях (статья 1, статья 2) об уравнении теплового баланса. В этой задаче будем так же пользоваться этим приёмом.


Когда пар попадёт в калориметр, он начнёт конденсироваться. При конденсации пар отдаёт свою энергию. Напишем формулу для вычисления выделенной энергии.


Q 1 = L m п

L - удельная теплота парообразования воды, mп - масса пара.


Так же конденсированная вода должна остудится со 100 °С до 50 °С. Она ещё выделит некоторое количество теплоты:


Q 2 = c m п ( t 3 t 2 )

c - удельная теплоёмкость воды. Здесь мы из конечной температуры вычитаем начальную, тогда в уравнении теплового баланса нужный знак встанет автоматически.


Найдём количество теплоты, которое должна получить вода в калориметре, чтобы достичь 50 °С.


Q 3 = c m в ( t 3 t 1 )

Напишем уравнение теплового баланса.


Q 1 + Q 2 + Q 3 = 0

Здесь Q1 имеет отрицательный знак, т.к. пар, конденсируясь, отдаёт свою энергию. Когда речь идёт о формуле Q = cm△t, знак встаёт автоматически, если △t - это конечная температура минус начальная.


L m п + c m п ( t 3 t 2 ) + c m в ( t 3 t 1 ) = 0

Выразим массу пара mп.


m п = c m в ( t 3 t 2 ) c ( t 3 t 2 ) L
m п = 4200 Д ж к г ° С 1 , 5 к г 30 ° С 4200 Д ж к г ° С ( 50 ° С ) 2 , 3 10 6 Д ж к г 75 г
Ответ: 75 г



Задача (Чайник кипит)

В электрический чайник налили холодную воду при температуре t1=10 °C. Через τ1 = 10 минут после включения чайника вода закипела. Через какое время она полностью испарится ? Ответ напишите в минутах и округлите до целых.


Решение:

Пусть в единицу времени от чайника к воде подводится w энергии.


Распишем формулу для количества теплоты, которое потребовалось, чтобы довести воду до температуры кипения (t2 = 100 °С).


Q 1 = c m ( t 2 t 1 ) = w τ 1

c - удельная теплоёмкость воды, m - масса воды в чайнике. Но с другой стороны это количество теплоты равно w ∙ τ1.


Чтобы вода испарилась, потребуется следующее количество энергии:


Q 2 = L m = w τ 2

L - удельная теплота парообразования воды, τ2 - время за которое вся вода превратится в пар.


Выразим из первого уравнения m поставим во второе.


L w τ 1 c ( t 2 t 1 ) = w τ 2
τ 2 = L τ 1 c ( t 2 t 1 )
τ 2 = 2 , 3 10 6 Д ж к г 10 м и н 4200 Д ж к г ° С ( 100 ° С 10 ° С ) 61 м и н
Ответ: 61 мин


11-10-2023 в 14:59:31





Поддержать сайт:


Похожая статья:

Физика – электромагнитные явления (основы)

В этой статье повторим основы электромагнитных явлений....

Категория: Физика  Подкатегория: Электричество
Дата: 25-04-2023 в 18:01:55 0



Оставить коментарий:



Напишите email, чтобы получать сообщения о новых комментариях (необязательно):


Задача против робота. Расположите картинки горизонтально:




Нажимая кнопку Отправить, Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности сайта.