Термодинамика — Задание 20 ОГЭ по физике №00040264

Пар превращается в жидкость и потом остывает. Это два разных процесса, и энергия выделяется в каждом из них. Общая теплота — сумма двух слагаемых, и через неё найдём массу.

Процесс 1. Конденсация. Пары спирта при температуре кипения превращаются в жидкий спирт. Температура при этом не меняется — вся энергия уходит на «пересборку» вещества: молекулы из свободного разлетающегося состояния собираются в жидкость и отдают энергию наружу.

$$Q_1=Lm,$$

где $L$ — удельная теплота парообразования (сколько энергии нужно, чтобы обратить $1$ кг жидкости в пар; при обратном процессе ровно столько же выделяется). Для спирта из таблицы $L=9\cdot10^{5}\ \text{Дж/кг}$.

Процесс 2. Остывание жидкого спирта. Получившийся спирт остывает от температуры кипения до $28$ °С. Температура кипения спирта из таблицы $t_{\text{кип}}=78$ °С, значит

$\Delta t=78-28=50\ \text{°С}$.

$$Q_2=cm\Delta t,$$

где $c=2400\ \text{Дж/(кг}\cdot\text{°С)}$ — удельная теплоёмкость спирта.

Шаг 3. Собираем уравнение. Вся выделившаяся теплота:

$$Q=Q_1+Q_2=Lm+cm\Delta t=m(L+c\Delta t).$$

Отсюда масса:

$$m=\dfrac{Q}{L+c\Delta t}.$$

Шаг 4. Считаем. Скобка: $L+c\Delta t=900\,000+2400\cdot50=900\,000+120\,000=1\,020\,000\ \text{Дж/кг}$ — столько выделяет один килограмм пара, пройдя оба процесса.

$$m=\dfrac{20\,400}{1\,020\,000}=0{,}02\ \text{кг}=20\ \text{г}.$$

Видно, что львиную долю энергии дала именно конденсация: $900$ из $1020$ килоджоулей на килограмм. Поэтому ожог паром опаснее ожога кипятком той же температуры.