Să se calculeze căldura necesară unei mase de gheaţă m, aflată la temperatura tg < 0ºC, pentru a se transforma în vapori la temperatura tf > 100ºC. Se cunosc: masa m, căldura specifică a gheții cg, căldura specifică a apei ca, căldura specifică a vaporilor cv, căldura latentă specifică de topire a gheții λt, căldura latentă specifică de vaporizare λv.
Răspunsuri la întrebare
Răspuns: m ( cg tg + λ + ca x 100 + λt + cv (tf - 100)
Explicație:
trebuie sa transformam niste gheata aflata la o temperatura mai mica decat 0°C in vapori, la o temperatura peste 100°.
Rezolvarea problemei necesita identificarea tuturor etapelor in care se absoarbe caldura.
Masa ramane constanta in tot lantul de procese, stim ca este m
etape :
pornim de la gheata la t < 0°
1. gheata se incalzeste pana la 0° . In acest proces, absoarbe caldura pentru incalzire, nu se modifica starea de agregare. Adica avem gheata la t₁<0° si obtinem gheata la 0°
caldura necesara este
Q₁ = m cg Δt
m = masa de gheata
cg = caldura specifica gheata ( adica ce cantitate de caldura absoarbe ca sa se incalzeasca 1 kg de gheata cu 1 grad)
Δt = 0 - ( - t₁) = +t₁
Q₁ = m cg t₁
2. Gheata ajunsa la 0⁰ incepe sa se topeasca, dar ramane tot la 0⁰. Ea absoarbe de la mediu caldura si NU se incalzeste, doar trece din solid in lichid
Q₂ = m λ
3. Gheata a ajuns apa lichida, la 0⁰ C. Ea se incalzeste pana la 100⁰, absorbind o cantitate de caldura Q₃
Q₃ = mca Δ t
m = masa de apa
ca = caldura specifica a apei = cantitatea de caldura pe care 1 kg de apa o absoarbe pentru a se incalzi cu 1 grad
Δt = t2- t1 = 100° - 0° = 100°
Q₃ = m ca x 100
4. Apa ajunsa la 100⁰C incepe sa se evapore.Ea preia caldura din mediu ( de la foc, de exemplu) si nu se mai incalzeste; foloseste energia pentru a se transforma in vapori
va prelua o cantitate de caldura
Q₄ = m λt
masa de apa transformata in vapori
λt = caldura latenta de vaporizare
5. Temperatura finala e mai mare de 100⁰ C, vaporii de apa abia obtinuti mai absorb caldura pentru a-si ridica temperatura la t>100⁰ C
aceasta caldura este
Q₅ = mcv Δ t
m = masa de vapori = masa initiala
cv = caldura necesara unui kilogram de vapori pentru a-si creste temperatura cu 1 grad
Δt = t2- 100
Q₅ = m cv (tf - 100)
caldura totala va fi suma acestor calduri :
Q = Q₁ +Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ =
m cg tg + m λ + m ca x 100 + m λt + mcv (tf - 100) =
m ( cg tg + λ + ca x 100 + λt + cv (tf - 100)