Термодинамика — Задание 20 ОГЭ по физике №00040228

С паром происходят два дела подряд, и в каждом выделяется теплота. Считаем их по отдельности и складываем.

Процесс 1. Конденсация пара. Пар при $100$ °С превращается в воду при той же температуре. Температура не меняется, но энергия выделяется: молекулы из свободного «разлетающегося» состояния собираются в жидкость и отдают избыток энергии.

$$Q_1=Lm,$$

где $L$ — удельная теплота парообразования (сколько энергии нужно, чтобы обратить $1$ кг кипящей воды в пар; при обратном процессе ровно столько же выделяется). Для воды из таблицы $L=2{,}3\cdot10^{6}\ \text{Дж/кг}$.

$Q_1=2{,}3\cdot10^{6}\cdot2=4\,600\,000\ \text{Дж}$.

Процесс 2. Охлаждение получившейся воды. Вода остывает от $100$ °С до $40$ °С, значит

$\Delta t=100-40=60\ \text{°С}$.

$$Q_2=cm\Delta t,$$

где $c=4200\ \text{Дж/(кг}\cdot\text{°С)}$ — удельная теплоёмкость воды.

$Q_2=4200\cdot2\cdot60=504\,000\ \text{Дж}$.

Складываем.

$$Q=Q_1+Q_2=4\,600\,000+504\,000=5\,104\,000\ \text{Дж}\approx5{,}1\ \text{МДж}.$$

Что здесь важно заметить. Конденсация дала почти в девять раз больше теплоты, чем всё последующее охлаждение на шестьдесят градусов. Именно поэтому паровое отопление такое эффективное, а ожог паром при $100$ °С намного опаснее ожога кипятком той же температуры.