Фазовые переходы и тепловой баланс — 10 класс
Посчитайте теплоту фазового перехода, решите задачи на смесь воды и льда и объясните насыщение пара.
Вопросы и ответы
Выберите ответ мысленно и откройте пояснение для проверки.
-
Какое количество теплоты нужно для полного плавления 0,15 кг льда при 0 °C? Удельная теплота плавления 330 кДж/кг.
Ответ и пояснение
Верный ответ: 49,5 кДж
При плавлении Q = λm = 330 × 0,15 = 49,5 кДж. Дополнительный нагрев не нужен: лёд уже при температуре плавления.
-
В теплоизолированном сосуде 0,2 кг воды при 20 °C смешали с 0,1 кг льда при 0 °C. Удельная теплоёмкость воды 4,2 кДж/(кг·°C), теплота плавления льда 330 кДж/кг. Теплоёмкостью сосуда пренебрегаем. Что будет в конце?
Ответ и пояснение
Верный ответ: Вода и оставшийся лёд при 0 °C
При охлаждении до 0 °C вода отдаст 16,8 кДж, а для плавления всего льда нужно 33 кДж. Лёд растает частично, температура смеси будет 0 °C.
-
0,25 кг воды уже при температуре кипения. Какое количество теплоты нужно, чтобы превратить её в пар при той же температуре? Удельная теплота парообразования 2,3 МДж/кг.
Ответ и пояснение
Верный ответ: 575 кДж
Q = Lm = 2,3 × 0,25 = 0,575 МДж, или 575 кДж.
-
В закрытом сосуде при постоянной температуре над водой установилось равновесие с насыщенным паром. Что происходит с молекулами на поверхности воды?
Ответ и пояснение
Верный ответ: Испарение и конденсация идут с одинаковой скоростью
Равновесие динамическое: в среднем за одно и то же время в пар уходит столько же молекул, сколько возвращается в жидкость.
-
При данной температуре плотность водяного пара равна 9 г/м³, а плотность насыщенного пара 15 г/м³. Какова относительная влажность?
Ответ и пояснение
Верный ответ: 60 %
При одной температуре относительная влажность равна отношению плотностей пара. 9/15 = 0,6, то есть 60 %.
-
Воду нагревают там, где атмосферное давление ниже обычного. Как меняется температура её кипения по сравнению с кипением при нормальном давлении?
Ответ и пояснение
Верный ответ: Становится ниже
Кипение начинается, когда давление насыщенного пара достигает внешнего давления. При меньшем внешнем давлении для этого нужна меньшая температура.
-
Чистое кристаллическое вещество плавится при постоянном давлении. Температура держится на уровне плавления, а нагрев продолжается. На что уходит энергия?
Ответ и пояснение
Верный ответ: На фазовый переход из твёрдого состояния в жидкое
Пока остаются обе фазы чистого вещества, добавленная энергия расходуется на переход части вещества в жидкость.
-
Один килограмм воды при 40 °C смешали с 0,5 кг воды при 10 °C в теплоизолированном сосуде. Теплоёмкостью сосуда и испарением пренебрегаем. Какова температура смеси?
Ответ и пояснение
Верный ответ: 30 °C
Для одной жидкости теплоёмкость сокращается. Температура смеси равна (1 × 40 + 0,5 × 10)/1,5 = 30 °C.
При нагревании тела важно проверять, достигла ли его температура точки плавления или кипения. После этого подводимая энергия может менять агрегатное состояние при постоянной температуре.
В задачах на тепловой баланс сравните, сколько теплоты может отдать тёплое тело и сколько нужно холодному. Так можно понять, успеет ли весь лёд растаять, ещё до расчёта конечной температуры.