Вода количество выделяемой энергии

Удельная теплота испарения и конденсации. Физические величины

Содержание:

Для поддержания кипения жидкости её необходимо нагревать – подводить тепловую энергию от огня или нагревательного прибора. Температура вещества и сосуда при этом не повышаются, вместо этого жидкость превращается в пар – переходит в газообразное состояние. (можно ссылку на агрегатные состояния вещества) Удельная теплота испарения – количество передаваемой системе энергии, необходимо для поддержания процесса. Зависит от жидкости, внешних условий, при которых она кипит, в первую очередь, давления.

Удельная теплоемкость парообразования

По закону сохранения энергии, получается, что во время конденсации паров выделяется потраченное на испарение вещества количество энергии. Для подтверждения проводится опыт. В стакан с водой опускается трубка, соединённая со вторым сосудом, где подогревается вода. Пока по трубке в стакан поступает подогретый воздух, показатели термометра практически не изменяются.

Когда вследствие нагрева испаряется вода, пар попадает в трубку, где конденсируется с выделением теплоты, ведь показатели термометра растут. Получается, вода из пара превращается в жидкое состояние с выделением тепловой энергии.

Количество выделяемого тепла равняется внутренней энергии тела: Q = ΔU. Энергия колебания молекул пропорциональна температуре. Величина изменения энергии тела или жидкости равняется сумме изменению теплоты каждой молекулы или атома вещества. Отсюда удельную теплоту парообразования находят по выражению:

Q = ΔU = cmΔT, здесь:

• ΔT – разница температур;
• m – масса вещества;
• c – удельная теплоёмкость вещества.

c = QmΔT, измеряется в Джкг*К. Показывает, сколько теплоты нужно для нагревания 1 кг вещества на 1 К.

Удельная теплота испарения указывается для жидкости при её постоянном объёме, ведь зависит от условий теплопередачи – работы, сопровождающей процесс испарения. Одинаковая энергия, переданная системе, по-разному изменит его внутреннюю энергию и, соответственно, температуру.

Обозначение удельной теплоты парообразования осуществляется буквой L. По значению величина прямо пропорциональна потраченной на трансформацию – изменение состояния вещества – энергии и обратно пропорциональна его массе:

В физике измеряется в Дж/кг, в химии сводится к количеству вещества – моль/кг.

Для закипающей при температуре 100 °C воды удельная теплота парообразования равняется 2260 Дж/кг.

Задача

1005 Дж тепловой энергии. Какое вещество нагревалось в колбе?

Теплота парообразования вычисляется по формуле: L= Qm. Подставляем значения в готовую пропорцию и проводим вычисления.

L = 10051,2 = 837,5 Дж/кг. Воспользуемся таблицей удельной теплоты парообразования.

В ней полученному значению соответствует этиловый спирт.

Источник

Упражнение 16 — ГДЗ Перышкин 8 класс учебник

1. Как надо понимать, что удельная теплота парообразования воды равна 2,3*10 6 дж/кг?

Для превращения воды массой 1кг в пар, при температуре 100° требуется 2,3*10 6 дж энергии.

2. Как надо понимать, что удельная теплота конденсации аммиака равна 1,4*10 6 дж/кг?

При конденсации аммиака массой 1кг выделяется 1,4*10 6 дж энергии.

3. У какого из приведенных в таблице 6 веществ при обращении из жидкого состояния в пар внутренняя энергия увеличивается больше? Ответ обоснуйте.

Из приведенных в таблице 6 веществ при обращении из жидкого состояния в пар внутренняя энергия увеличивается у воды больше, чем у других веществ. Т.к. у воды самая высокая теплота парообразования, а значит, для её перевода в пар необходимо затратить наибольшую энергию. По закону сохранения энергии она перейдёт во внутреннюю.

4. Какое количество энергии требуется для обращения воды массой 150г в пар при температуре 100°С?

Дано:
m= 150г =0,15кг
L= 2,3*10 6 дж/кг

Решение:
Q= L*m
Q= 2,3*10 6 дж/кг*0,15кг = 3,45*10 5 дж
Q-?

Ответ: Q=3,45*10 5 дж

5. Какое количество энергии нужно затратить, чтобы воду массой 5кг, взятую при температуре 0°С, довести до кипения и испарить её?

Ответ: Q= 1,36*10 7 дж

6. Какое количество энергии выделит вода массой 2кг при охлаждении от 100 до 0°С? Какое количество энергии выделится, если вместо воды взять столько же пара при 100°С?

Источник

Расчет расходов на нагрев воды

Сколько кВт·ч энергии тратится на нагрев воды

Справка

Этот калькулятор высчитает сколько денег, электроэнергии и времени тратится на нагрев воды. Вам не потребуется ни формул, ни коэффициентов: просто введите ваши данные и получите ответ.

Для расчета потребленной электроэнергии надо указать температуру холодной и горячей воды, а также её объём (массу). Вы можете указать КПД нагревательного прибора, если он вам известен. Если задать КПД 100%, то расчет покажет только полезную мощность затраченную на нагрев воды. При указании реального КПД расчет выдаст полную мощность, потребленную от сети.

Чтобы высчитать полную стоимость нагрева воды, необходимо задать ваш тариф на электроэнергию в рублях.

Чтобы оценить сколько времени занимает нагрев, укажите мощность электроприбора, которым вы греете воду, в киловаттах (кВт). Мощность часто указана на корпусе прибора, а также в его руководстве по эксплуатации или паспорте.

Примеры

Кипячение воды в электрочайнике

Обычно я наливаю в чайник воду комнатной температуры 20°C до отметки 1 литр и всегда довожу до кипения (до 100 градусов). Мощность чайника 2 кВт. Простейший расчет показывает, что на кипячение потратится примерно 0,1 кВт ч (киловатт часов) электроэнергии, 3 минуты времени, и, по московским тарифам, пятьдесят копеек денег.

Значит, каждое чаепитие прибавляет пол рубля в счет за электроэнергию, но это значительно меньше цены порции чая или кофе.

Подогрев воды в накопительном водонагревателе

Принимая душ, я каждый раз полностью опустошаю всю горячую воду из накопительного нагревателя, потому как в конце вода становится холодной. Зимой нагреватель греет холодную водопроводную воду от 5 до 45 градусов. Объем бачка 80 литров. При мощности тэнов 2 кВт, свежая вода в бачке будет нагреваться 2 часа, при этом потратится примерно 4 кВт электроэнергии и 20 рублей денег на её оплату. Летом вода греется от 18 до 45.

Значит, зимой каждое принятие душа обходится семейной казне в 20 рублей, а летом — в 15 рублей, если не считать стоимость холодной воды.

Замечание о кпд нагрева воды

Существует распространенное ошибочное мнение о том, что водяные электронагреватели имеют кпд равный 100%. Это вызвано тем, что в теоретических расчётах потерями энергии нередко пренебрегают из-за их малой величины. Но когда расчёты имеют практическое применение, то нетрудно заметить, что в действительности потери энергии при нагреве воды происходят уже с первых секунд. В зависимости от нагревательного прибора это могут быть следующие основные виды потерь:

• на разогрев самого нагревательного элемента (особенно много для электроплиты),
• на нагрев стенок ёмкости (чайника, бака),
• теплопередача и тепловое излучение энергии в окружающую среду от стенок ёмкости и непогружного нагревательного элемента),
• испарение с поверхности воды в открытых емкостях (кастрюлях и чайниках без крышки),
• потери на парообразование при кипении (самый мощный канал потерь).

Исходя из направлений основных потерь, нетрудно определить мероприятия по повышению кпд процесса нагрева воды:

• использование погружного нагревательного элемента,
• использование закрытой ёмкости,
• теплоизоляция ёмкости,
• использование минимально необходимой температуры нагрева,
• отключение при возникновении кипения.

В качестве дополнительных потерь можно отметить:

• потери в электрических проводах и контактах (разогрев проводов и штепсельной вилки электроприбора).
• потери на побочных электрохимических процессах (ионные нагреватели, электрохимическое разложение воды, электрохимическое растворение анода),
• потери на звук (шум, издаваемый пузырьками пара в месте контакта нагревателя или горячей поверхности с водой).

С точки зрения только потерь энергии дополнительные потери являются мизерными и несущественными, однако с точки зрения незапланированных расходов и рисков эти потери требуют особого внимания:

• Разогрев проводов электропитания в лучшем случае приводит к временной поломке проводов/розетки/вилки, в худшем — к пожару, поражению электрическим током, ожогу.
• Электрохимические процессы насыщают воду ионами металлов, разъедают бак и погружной нагревательный элемент. Первое делает воду непригодной для питья, второе сокращает срок службы водонагревателя и может вызвать потоп, если бак проржавеет насквозь.
• Шум при нагреве воды является индикатором того, что на поверхности контакта воды с горячим металлом происходит парообразование. Этот процесс приводит к образованию накипи. Из-за того, что накипь плохо проводит тепло, нагревательный элемент начинает перегреваться, приходя в негодность ускоренными темпами (также немного увеличивается время нагрева). Поломка нагревательного элемента может привести к поражению людей электрическим током). Также, шум сам по себе может мешать окружающим, вызывая шумовое загрязнение.

Исходя из направлений дополнительных потерь, выделяются мероприятия по избеганию и снижению их негативных последствий:

• Использование исправной электросети (исправного заземления), периодическая проверка нагрева питающих проводов, своевременное устранение проблем.
• Нагрев питьевой воды только специально предназначенными для этого приборами.
• Своевременная замена анода в водонагревателях (магниевый анод, алюминиевый анод).
• Отключение нагревателя от водопровода и электросети на время отсутствия людей.
• Использование активных систем защиты от протечек (автоматический клапан перекрывает подачу воды при намокании пола там, где установлен датчик).
• Использование УЗО (устройство защитного отключения) для водонагревателей, и периодическая проверка работоспособности этого устройства 1 раз в полгода.
• Снижение температуры поверхности горячего металла в месте контакта с водой (для снижения образования накипи и шума) следующими способами или их комбинациями:
  — снижение мощности нагревателя без снижения площади контакта;
  — увеличение площади контакта нагревателя с водой без увеличения мощности (например, предпочесть тен с бОльшей удельной площадью, если позволяет пространство);
  — активное регулирование (ограничение) температуры нагревателя симисторным (транзисторным) блоком управления;
  — установка дополнительных тенов, работающих одновременно, но со сниженной мощностью (последовательное включение);
  — периодическая проверка наличия накипи, своевременная очистка;
  — увеличение скорости потока воды около тена или нагревательной поверхности.

Источник

Испарение. Поглощение энергии при испарении жидкости и выделение ее при конденсации пара. Кипение. Удельная теплота парообразования и конденсации

Решебник к сборнику задач по физике для 7- 9 классов, Перышкин А.В.

866. Температура воды в открытом сосуде, находящемся в комнате, всегда немного ниже температуры воздуха в комнате. Почему?
Потому что с поверхности воды происходит испарение, которое сопровождается потерей энергии, и, следовательно, понижением температуры.

867. Почему температура жидкости при испарении понижается?
При испарении уменьшается внутренняя энергия жидкости, а это ведет и к снижению температуры.

868. В Москве колебание температуры кипения воды составляет 2,5 ° (от 98,5 °С до 101 °С). Чем можно объяснить такую разницу?
Неравномерностью рельефа. С увеличением высоты над уровнем моря вода закипает при температуре ниже 100°С. А если температура кипения выше 100°С, это означает, что она находится ниже уровня моря.

869. Выполняется ли закон сохранения энергии при испарении? при кипении?
Выполняется. Сколько энергии было затрачено на нагревание, столько же энергии выделится в виде пара.

870. Если смочить руку эфиром, вы ощутите холод. Почему?
Эфир испаряется и забирает энергию с рук и воздуха.

871. Почему суп скорее остынет, если на него дуть?
Если дуть на пар, исходящий из супа, теплообмен ускорится, и суп быстрее отдаст свою энергию в окружающую среду.

872. Отличается ли температура воды в кипящей кастрюле и температура пара кипящей воды?
Нет.

873. Почему кипящая вода перестает кипеть, как только ее снимают с огня?
Потому что для поддержания кипения вода должна постоянно получать энергию тепла.

874. Удельная теплота конденсации спирта равна 900 кДж/кг. Что это означает?
Для того, чтобы спирт перешел в жидкое состояние нужно забрать у его паров 900 кДж энергии.

875. Сравните внутреннюю энергию 1 кг водяного пара при 100 °С и 1 кг воды при 100 °С. Что больше? На сколько? Почему?
Энергия пара больше на 2,3 МДж/кг – столько требуется энергии для парообразования.

876. Какое количество теплоты требуется для испарения 1 кг воды при температуре кипения? 1 кг эфира?

877. Какое количество теплоты требуется для обращения в пар 0,15 кг воды при 100 °С?

878. Что требует большего количества теплоты и на сколько: нагрев 1 кг воды от 0 °С до 100 °С или испарение 1 кг воды при температуре 100 °С?

879. Какое количество теплоты требуется для обращения в пар воды массой 0,2 кг при температуре 100 °С?

880. Какое количество энергии выделится при охлаждении воды массой 4 кг от 100 °С до 0 °С?

881. Какое количество энергии необходимо, чтобы 5 л воды при 0 °С довести до кипения и затем ее всю испарить?

882. Какое количество энергии выделит 1 кг пара при 100 °С, если его обратить в воду и затем охладить полученную воду до 0 °С?

883. Какое количество теплоты нужно затратить, чтобы воду массой 7 кг, взятую при температуре 0 °С, довести до кипения и затем полностью ее испарить?

884. Какое количество энергии надо затратить, чтобы 1 кг воды при температуре 20 °С обратить в пар при температуре 100 °С?

885. Определите количество теплоты, потребное для превращения 1 кг воды, взятой при 0 °С, в пар при 100 °С?

886. Сколько теплоты выделится при конденсации 100 г водяного пара, имеющего температуру 100 °С, и при охлаждении полученной воды до 20 °С?

887. Удельная теплота парообразования у воды больше, чем у эфира. Почему же эфир, если им смочить руку, сильнее охлаждает ее, чем вода в таких случаях?
Интенсивность испарения эфира намного больше, чем у воды. Поэтому он быстрее отдает внутреннюю энергию и быстрее остывает, охлаждая руку.

888. В сосуд, содержащий 30 кг воды при 0 °С, вводится 1,85 кг водяного пара, имеющего температуру 100 °С, вследствие чего температура воды становится равной 37 °С. Найдите удельную теплоту парообразования воды.

889. Какое количество теплоты необходимо, чтобы превратить 1 кг льда при 0 °С в пар при 100 °С?

890. Какое количество теплоты необходимо для того, чтобы 5 кг льда при -10 °С обратить в пар при 100 °С и затем нагреть пар до 150 °С при нормальном давлении? Удельная теплоемкость водяного пар при постоянном давлении равна 2,05 кДж/(кг • °С).

891. Сколько килограммов каменного угля надо сжечь для того, чтобы превратить в пар 100 кг льда, взятого при 0 °С? Коэффициент полезного действия топки 70%. Удельная теплота сгорания угля 29,3 МДж/кг.

892. Английский ученый Блек для определения удельной теплоты парообразования воды брал определенное количество воды при 0 °С и нагревал ее до кипения. Дальше он продолжал нагревать воду до ее полного испарения. При этом Блек заметил, что для выкипания всей воды требовалось времени в 5,33 раза больше, чем для нагрева такой же массы воды от 0 °С до 100 °С? Чему равна, по опытам Блека, удельная теплота парообразования?

893. Какое количество пара при температуре 100 °С требуется обратить в воду, чтобы нагреть железный радиатор массой 10 кг от 10 °С до 90 °С?

894. Какое количество теплоты требуется, чтобы лед массой 2 кг, взятый при температуре -10 °С, обратить в пар при 100 °С?

895. Пробирка с эфиром погружена в стакан с водой, охлажденной до 0 °С. Продувая через эфир воздух, испаряют эфир, вследствие чего на пробирке образуется ледяная корка. Определите, сколько получилось льда при испарении 125 г эфира (удельная теплота парообразования эфира кДж/кг).

896. Змеевик полностью вмерз в лед. Через змеевик проходит, охлаждаясь и конденсируясь, 2 кг пара, причем вода из змеевика выходит при температуре 0 °С. Какое количество льда можно расплавить таким образом?

897. В калориметр налито 57,4 г воды при 12 °С. В воду пущен пар при 100 °С. Через некоторое время количество воды в калориметре увеличилось на 1,3 г, а температура воды поднялась до 24,8 °С. Для нагрева пустого калориметра на 1 °С требуется 18,27 Дж теплоты. Найдите удельную теплоту парообразования воды.

898. Вода массой 20 кг при температуре 15 °С превращается в пар при температуре 100 °С. Какое количество бензина необходимо для этого процесса сжечь в нагревателе, если КПД нагревателя 30%?

899. Из воды, взятой при 10 °С, надо получить 15 кг водяного пар при 100 °С. Сколько для этого надо сжечь каменного угля, если КПД нагревателя 20%?

900. На примусе в медном чайнике массой 0,2 кг вскипятили воду массой 1 кг, взятую при температуре 20 °С. В процессе кипячения 50 г воды выкипело.
Сколько в примусе сгорело бензина, если КПД примуса 30 %?

Источник