Сколько энергии потребуется для полного расплавления и превращения в пар куска льда массой 4,5 кг и температурой -10 °С? (Удельная теплоемкость льда 2100 Дж/кг·°С, удельная теплота плавления льда 340 кДж/кг, удельная теплота парообразования воды 23 МДж/кг.)

Дано:

m = 4,5 кг

T_начальная = -10 °С

c_льда = 2100 Дж/(кг·°С)

λ = 340 кДж/кг = 340000 Дж/кг

r = 23 МДж/кг = 23000000 Дж/кг

Найти: Q_общее

Решение:

1. Энергия для нагрева льда до 0 °С: Q₁ = c_льда * m * |T_начальная| = 2100 Дж/(кг·°С) * 4,5 кг * 10 °С = 94500 Дж.

2. Энергия для плавления льда: Q₂ = λ * m = 340000 Дж/кг * 4,5 кг = 1530000 Дж.

3. Энергия для нагрева воды до 100 °С (предполагается, что пар образуется при 100 °С): Q₃ = c_воды * m * 100 °С = 4200 Дж/(кг·°С) * 4,5 кг * 100 °С = 1890000 Дж.

4. Энергия для превращения воды в пар: Q₄ = r * m = 23000000 Дж/кг * 4,5 кг = 103500000 Дж.

5. Общая энергия: Q_общее = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ = 94500 Дж + 1530000 Дж + 1890000 Дж + 103500000 Дж = 107014500 Дж ≈ 107.01 МДж.

Ответ: Потребуется около 107.01 МДж энергии.