Zadanie Zadanie 7.6.7: Hartowanie rozgrzanej stali i odparowanie wody

Punkty: 3 pkt
Dział: Zjawiska cieplne · Przemiany fazowe
Trudność: Poziom trudności: łatwe

Hartowanie rozgrzanej stali i gwałtowne odparowanie wody.

Treść zadania

W warsztacie rzemieślniczym rozgrzany stalowy detal o masie

m_{\text{st}} = 1{,}5\,\text{kg}

i temperaturze

t_{\text{st}} = 700^\circ\text{C}

poddano procesowi hartowania, wrzucając go do zbiornika z wodą o temperaturze

t_0 = 20^\circ\text{C}

. Przyjmij model uproszczony: proces wymiany ciepła przy powierzchni metalu zachodził tak gwałtownie, że całe ciepło oddane przez stygnącą stal do temperatury

100^\circ\text{C}

zostało pochłonięte wyłącznie przez cienką warstwę przylegającej wody, która ogrzała się od

20^\circ\text{C}

do temperatury wrzenia

100^\circ\text{C}

i natychmiast wyparowała. Stałe fizyczne: - ciepło właściwe stali

c_{\text{st}} = 480\,\frac{\text{J}}{\text{kg}\cdot\text{K}}

, - ciepło właściwe wody

c_w = 4200\,\frac{\text{J}}{\text{kg}\cdot\text{K}}

, - ciepło parowania wody

R_p = 2260\,\frac{\text{kJ}}{\text{kg}} = 2{,}26 \cdot 10^6\,\frac{\text{J}}{\text{kg}}

. **a)** Oblicz ilość ciepła

Q_{\text{odd}}

oddanego przez stalowy detal podczas jego ochładzania od

700^\circ\text{C}

100^\circ\text{C}

. **b)** Oblicz ilość energii

q_1

potrzebną do podgrzania

1\,\text{kg}

wody od

20^\circ\text{C}

do wrzenia i jej całkowitego odparowania. **c)** Oblicz masę wody

m_{\text{par}}

, która uległa gwałtownemu odparowaniu. Wynik podaj w gramach.

Odpowiedź i wynik końcowy

**a)**

Q_{\text{odd}} = 432\,\text{kJ}

**b)**

q_1 = 2596\,\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}

**c)**

m_{\text{par}} \approx 166\,\text{g}

wody