Физика · конспекты
★0
Физика › 8 класс › Изменение агрегатных состояний вещества

Тема 21Удельная теплота парообразования

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Удельная теплота парообразованиямассарода жидкости5,5 раза

Чтобы при температуре кипения превратить жидкость в пар, ей нужно передать некоторое количество теплоты. Оно тем больше, чем больше масса жидкости, и зависит от рода жидкости: у разных веществ молекулы притягиваются по-разному.

Определение

Удельная теплота парообразования — количество теплоты, которое нужно, чтобы при температуре кипения превратить в пар 1 кг жидкости. Обозначается LL, измеряется в Дж/кг.

Теплота парообразования и конденсации
Q=L mL=QmQ=L\,m\qquad L=\frac{Q}{m}

Пар, конденсируясь, отдаёт ровно столько теплоты, сколько ушло на его образование.

Удельная теплота парообразования, 10610^6 Дж/кг (при температуре кипения)

ВеществоLLВеществоLL
Вода2,3Эфир0,4
Аммиак (жидкий)1,4Ртуть0,3
Спирт0,9Воздух (жидкий)0,2

У воды L=2,3⋅106L=2{,}3\cdot10^6 Дж/кг: чтобы превратить в пар 1 кг кипятка, нужно 2,3 МДж. Внутренняя энергия 1 кг пара при 100 ∘C100\,{}^\circ\text{C} на 2,3 МДж больше, чем у 1 кг воды при той же температуре.

Пример. Нагреть и испарить

Сколько теплоты нужно, чтобы 0,5 кг воды при 20 ∘C20\,{}^\circ\text{C} нагреть до кипения и превратить в пар?

Q1=cm(tкип−t)=4200⋅0,5⋅80=168 000 ДжQ_1=cm(t_{\text{кип}}-t)=4200\cdot0{,}5\cdot80=168\,000\ \text{Дж}
Q2=Lm=2,3⋅106⋅0,5=1 150 000 ДжQ_2=Lm=2{,}3\cdot10^6\cdot0{,}5=1\,150\,000\ \text{Дж}
Q=Q1+Q2=1 318 000 Дж≈1,3 МДжQ=Q_1+Q_2=1\,318\,000\ \text{Дж}\approx1{,}3\ \text{МДж}
Запомни

Превратить килограмм кипятка в пар примерно в 5,5 раза «дороже», чем нагреть этот килограмм от 0 ∘C0\,{}^\circ\text{C} до 100 ∘C100\,{}^\circ\text{C}: 2,3⋅1062{,}3\cdot10^6 Дж против 4,2⋅1054{,}2\cdot10^5 Дж. Поэтому чайник закипает за несколько минут, а выкипает за час.

Образ для запоминания

Запомни «лесенку» воды: нагреть лёд — cльда=2100c_{\text{льда}}=2100, растопить — λ=3,4⋅105\lambda=3{,}4\cdot10^5, нагреть воду — c=4200c=4200, испарить — L=2,3⋅106L=2{,}3\cdot10^6. Самая высокая ступенька — пар.

⚗ Мини-опыт

Выберите жидкость, массу и начальную температуру. Сравните столбики «нагреть до кипения» и «превратить в пар». Во сколько раз второй больше для воды?

▶ Симуляция PhET

На вкладке «Изменения фазы» доведите воду до кипения и продолжайте нагревать. Сколько времени уходит на то, чтобы вся вода стала паром?

Агрегатное состояние веществаОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Что показывает удельная теплота парообразования?
Это теплота только на сам переход в пар.
2Что выделяет больше теплоты при остывании до 20 ∘C20\,{}^\circ\text{C}: 1 кг пара при 100 ∘C100\,{}^\circ\text{C} или 1 кг кипятка?
Пар сначала конденсируется и отдаёт ещё Lm=2,3Lm=2{,}3 МДж.
3Какую формулу использовать, чтобы найти теплоту, нужную для превращения в пар воды при 100 ∘C100\,{}^\circ\text{C}?
При температуре кипения нужна только теплота парообразования.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Сколько теплоты нужно, чтобы превратить в пар 2 кг воды при 100 ∘C100\,{}^\circ\text{C}?

    Ответ

    Q=2,3⋅106⋅2=4,6⋅106Q=2{,}3\cdot10^6\cdot2=4{,}6\cdot10^6 Дж =4,6=4{,}6 МДж.

    Как получилось?

  2. Сколько теплоты нужно, чтобы испарить 0,1 кг спирта при температуре кипения?

    Ответ

    Q=0,9⋅106⋅0,1=9⋅104Q=0{,}9\cdot10^6\cdot0{,}1=9\cdot10^4 Дж =90=90 кДж.

    Как получилось?

  3. Сколько теплоты выделится при конденсации 0,5 кг водяного пара при 100 ∘C100\,{}^\circ\text{C}?

    Ответ

    Q=2,3⋅106⋅0,5=1,15⋅106Q=2{,}3\cdot10^6\cdot0{,}5=1{,}15\cdot10^6 Дж.

    Как получилось?

  4. На испарение 0,2 кг жидкости при температуре кипения затратили 80 кДж. Что это за жидкость?

    Ответ

    L=80 0000,2=4⋅105L=\dfrac{80\,000}{0{,}2}=4\cdot10^5 Дж/кг — эфир.

    Как получилось?

  5. Что означает запись: удельная теплота парообразования воды 2,3⋅1062{,}3\cdot10^6 Дж/кг?

    Ответ

    Чтобы превратить в пар 1 кг воды при 100 ∘C100\,{}^\circ\text{C}, нужно 2,3⋅1062{,}3\cdot10^6 Дж.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Сколько теплоты нужно, чтобы 2 кг воды при 20 ∘C20\,{}^\circ\text{C} нагреть до кипения и превратить в пар?

    Ответ

    Q=4200⋅2⋅80+2,3⋅106⋅2=672 000+4 600 000≈5,3Q=4200\cdot2\cdot80+2{,}3\cdot10^6\cdot2=672\,000+4\,600\,000\approx5{,}3 МДж.

    Как получилось?

  2. Сколько теплоты нужно, чтобы 1 кг льда при 0 ∘C0\,{}^\circ\text{C} превратить в пар при 100 ∘C100\,{}^\circ\text{C}?

    Ответ

    Q=λm+cm⋅100+Lm=3,4⋅105+4,2⋅105+2,3⋅106≈3,1Q=\lambda m+cm\cdot100+Lm=3{,}4\cdot10^5+4{,}2\cdot10^5+2{,}3\cdot10^6\approx3{,}1 МДж.

    Как получилось?

  3. Сколько пара при 100 ∘C100\,{}^\circ\text{C} нужно впустить в 10 кг воды при 20 ∘C20\,{}^\circ\text{C}, чтобы нагреть её до 60 ∘C60\,{}^\circ\text{C}?

    Ответ

    m (L+c⋅40)=4200⋅10⋅40m\,(L+c\cdot40)=4200\cdot10\cdot40; m=1 680 0002 468 000≈0,68m=\dfrac{1\,680\,000}{2\,468\,000}\approx0{,}68 кг.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Удельная теплота парообразования
Теплота для превращения в пар 1 кг жидкости при температуре кипения. LL, Дж/кг.
Теплота парообразования
Q=L mQ=L\,m
Удельная теплота парообразования воды
2,3⋅1062{,}3\cdot10^6 Дж/кг
Нагреть и испарить
Q=cm(tкип−t)+LmQ=cm(t_{\text{кип}}-t)+Lm

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.