Zadanie Zadanie 7.6.1: Ogrzewanie i topnienie lodu oraz podgrzanie wody

Punkty
3 pkt
Dział
Zjawiska cieplne · Przemiany fazowe
Trudność
Poziom trudności: średnie
Trzyetapowy bilans cieplny: ogrzanie lodu, topnienie w 0°C i podgrzanie wody.

Treść zadania

Próbkę lodu o masie m=2,0 kgm = 2{,}0\,\text{kg} i temperaturze początkowej t1=−15∘Ct_1 = -15^\circ\text{C} podgrzewano pod ciśnieniem atmosferycznym aż do całkowitego stopienia i uzyskania wody o temperaturze t2=25∘Ct_2 = 25^\circ\text{C}. Przyjmij wartości stałych fizycznych: - ciepło właściwe lodu cl=2100 Jkg⋅Kc_l = 2100\,\frac{\text{J}}{\text{kg}\cdot\text{K}}, - ciepło topnienia lodu Lt=334 kJkg=334 000 JkgL_t = 334\,\frac{\text{kJ}}{\text{kg}} = 334\,000\,\frac{\text{J}}{\text{kg}}, - ciepło właściwe wody cw=4200 Jkg⋅Kc_w = 4200\,\frac{\text{J}}{\text{kg}\cdot\text{K}}. **a)** Opisz poszczególne etapy tego procesu i zapisz wzory na ilość ciepła pobieranego w każdym z nich. **b)** Oblicz ilość ciepła pobranego na każdym z etapów (Q1Q_1, Q2Q_2, Q3Q_3) oraz całkowite ciepło QcalkQ_{\text{calk}} dostarczone do układu. **c)** Wskaż, na którym etapie układ pochłonął najwięcej energii i wyjaśnij, dlaczego proces przemiany fazowej (topnienia) wymaga dostarczenia znacznej ilości ciepła pomimo braku wzrostu temperatury.

Odpowiedź i wynik końcowy

**a)** Q1=mclΔT1Q_1 = m c_l \Delta T_1, Q2=mLtQ_2 = m L_t, Q3=mcwΔT3Q_3 = m c_w \Delta T_3 **b)** Q1=63 kJQ_1 = 63\,\text{kJ}, Q2=668 kJQ_2 = 668\,\text{kJ}, Q3=210 kJQ_3 = 210\,\text{kJ}, Qcalk=941 kJQ_{\text{calk}} = 941\,\text{kJ} **c)** Najwięcej energii pochłonęło topnienie (71%71\%), zużyte na rozerwanie wiązań sieci krystalicznej.