Этот рабочий пример задачи демонстрирует, как рассчитать энергию, необходимую для повышения температуры образца, которая включает изменения фазы. Эта задача определяет энергию, необходимую для превращения холодного льда в горячий пар.
Проблема энергии льда в пар
Что такое тепло в Джоулях, необходимых для преобразования 25 граммов льда -10 ° C в пар при 150 ° C?
Полезная информация:
теплота плавления воды = 334 Дж/г
теплота испарения воды = 2257 Дж/г
удельная теплоемкость льда = 2,09 Дж/г · ° C
удельная теплоемкость воды = 4,18 Дж/г · ° C
удельная теплоемкость пара = 2,09 Дж/г · ° C
Решение:
Полная требуемая энергия равна сумма энергии для нагрева льда -10 ° C до льда 0 ° C, плавления льда 0 ° C в воду 0 ° C, нагрева воды до 100 ° C, преобразования воды 100 ° C в пар 100 ° C и нагрева пар до 150 ° С. Чтобы получить окончательное значение, сначала вычислите отдельные значения энергии, а затем сложите их.
Шаг 1: Тепло, необходимое для повышения температуры льда с – От 10 ° C до 0 ° C Используйте формулу
q = mcΔT
, где
q = тепловая энергия
m = масса
c = удельная теплоемкость
ΔT = изменение температуры
q = (25 г) x (2,09 Дж/г · ° C) [(0 ° C – -10 ° C)]
q = (25 г) x (2,09 Дж/г · ° C) x (10 ° C)
q = 522,5 Дж
Тепло, необходимое для повышения температуры льда с -10 ° C до 0 ° C = 522,5 Дж
Шаг 2: Тепло, необходимое для преобразования От 0 ° C льда до 0 ° C воды
Используйте формулу для нагрева:
q = m · ΔH f
где
q = тепловая энергия
m = масса
ΔH f = теплота плавления
q = (25 г) x (334 Дж/г)
q = 8350 Дж
Тепло, необходимое для преобразования льда 0 ° C в 0 ° C вода = 8350 Дж
Шаг 3: Тепло, необходимое для повышения температуры воды с 0 ° C до 100 ° C wa тер
q = mcΔT
q = (25 г) x (4,18 Дж/г · ° C) [(100 ° C – 0 ° C) ]
q = (25 г) x (4,18 Дж/г · ° C) x (100 ° C)
q = 10450 Дж
Тепло, необходимое для Поднимите температуру воды с 0 ° C до 100 ° C вода = 10450 Дж
Шаг 4: Тепло, необходимое для преобразования воды со 100 ° C в 100 ° C пар
q = m · ΔH v
, где
q = тепловая энергия
m = масса
ΔH v = теплота испарения
q = (25 г) x (2257 Дж/г)
q = 56425 Дж
Тепло, необходимое для преобразования воды 100 ° C в пар 100 ° C = 56425
Шаг 5: Тепло, необходимое для преобразования пара при 100 ° C в пар при 150 ° C
q = mcΔT
q = (25 г) x (2,09 Дж/г · ° C) [(150 ° C – 100 ° C)]
q = (25 г) x (2,09 Дж/г · ° C) x (50 ° C)
q = 2612,5 Дж
Тепло, необходимое для преобразования пара 100 ° C в пар 150 ° C = 2612. 5
Шаг 6: Найдите общую тепловую энергию
Heat Total = Heat Шаг 1 + Нагрев Шаг 2 + Нагрев Шаг 3 + Нагрев Шаг 4 + Нагрев Шаг 5
Нагрев Всего = 522,5 Дж + 8350 Дж + 10450 Дж + 56425 Дж + 2612,5 Дж
Нагрев Всего = 78360 Дж
Ответ:
Тепло, необходимое для преобразования 25 грамм льда -10 ° C на пар 150 ° C составляет 78360 Дж или 78,36 кДж.