Il ghiaccio a vapore problema è un classico problema di energia termica compiti a casa. Questo delineerà i passaggi necessari per completare questo problema e seguire con un problema di esempio lavorato.

La quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di un materiale è proporzionale alla massa o alla quantità del materiale e all’entità della variazione di temperatura.

L’equazione più comunemente associato con il calore necessario è

Q = mcΔT

dove
Q = energia termica
m = massa
c = calore specifico
∆ T = variazione di temperatura = (Tfinal – Tinitial)

Un buon modo per ricordare questa formula Q = “em gatto”.

Si può notare se la temperatura finale è inferiore alla temperatura iniziale, il calore sarà negativo. Ciò significa che quando il materiale si raffredda, l’energia viene persa dal materiale.

Questa equazione si applica solo se il materiale non cambia mai fase al variare della temperatura. È necessario calore aggiuntivo per passare da un solido a un liquido e quando un liquido viene trasformato in un gas. Questi due valori di calore sono noti come calore di fusione (solido ↔ liquido) e calore di vaporizzazione (liquido ↔ gas). Le formule per le manche sono

Q = m · ΔHf
e
Q = m · ΔHv

dove
Q = energia termica
m = massa
ΔHf = calore di fusione
ΔHv = calore di vaporizzazione

Il calore totale è la somma di tutti i singoli calore modificare.

Mettiamo questo in pratica con questo problema ice to steam.

Ice to Steam Problema

Domanda: Quanto calore è necessario per convertire 200 grammi di ghiaccio a -25 °C in vapore a 150 ° C?
Informazioni utili:
Calore specifico del ghiaccio = 2.06 J / g°C
Calore specifico dell’acqua = 4.19 J/g°C
Calore specifico del vapore = 2.03 J/g°C
Calore di fusione dell’acqua ΔHf = 334 J/g
punto di Fusione dell’acqua = 0 °C
il Calore di vaporizzazione dell’acqua ΔHv = 2257 J/g
punto di Ebollizione dell’acqua = 100 °C

Soluzione: Riscaldamento ghiaccio freddo a caldo vapore richiede cinque fasi distinte:

1. Calore -25 °C il ghiaccio a 0 °C il ghiaccio
2. Sciogliere 0 °C solido ghiaccio a 0 °C l’acqua liquida
3. Calore 0 °C l’acqua a 100 °C acqua
4. fate Bollire A 100 °C l’acqua liquida in 100 °C gassoso a vapore
5. Calore A 100 °C vapore a 150 °C vapore

Passo 1: Calore -25 °C il ghiaccio a 0 °C il ghiaccio.

L’equazione da usare per questo passaggio è “em gatto”

Q1 = mcΔT

dove
m = 200 g
c = 2.06 J/g°C
Tinitial = -25 °C
Tfinal = 0 °C

∆ T = (Tfinal – Tinitial)
∆ T = (0 °C (-25 °C))
∆ T = 25 °C

Q1 = mcΔT
Q1 = (200 g) · (2.06 J/g°C) · (25 °C)
Q1 = 10300 J

Passo 2: Sciogliere 0 °C solido ghiaccio a 0 °C l’acqua liquida.

L’equazione da utilizzare è il calore dell’equazione del calore di fusione:

Q2 = m · ΔHf
dove
m = 200 grammi
ΔHf = 334 J/g
Q2 = m · ΔHf
Q2 = 200 · 334 J/g
Q2 = 66800 J

Fase 3: Riscaldare 0 °C acqua a 100 °C acqua.

L’equazione da usare è di nuovo “em cat”.

Q3 = mcΔT

dove
m = 200 g
c = 4.19 J/g°C
Tinitial = 0 °C
Tfinal = 100 °C

∆ T = (Tfinal – Tinitial)
∆ T = (100 °C – 0 °C)
∆ T = 100 °C

Q3 = mcΔT
Q3 = (200 g) · (4.19 J/g°C) · (100 °C)
Q3 = 83800 J

Passo 4: fare Bollire A 100 °C l’acqua liquida in 100 °C gassoso a vapore.

Questa volta, l’equazione da usare è il Calore di Vaporizzazione di calore equazione:

Q4 = m · ΔHv

dove
m = 200 g
ΔHv = 2257 J/g

Q4 = m · ΔHf
Q4 = 200 · 2257 J/g
Q4 = 451400 J

Passo 5: Di calore a 100 °C vapore a 150 °C vapore

ancora una Volta, il “em cat”, la formula da utilizzare.

Q5 = mcΔT

dove
m = 200 g
c = 2.03 J/g°C
Tinitial = 100 °C
Tfinal = 150 °C

∆ T = (Tfinal – Tinitial)
∆ T = (150 °C – 100 °C)
∆ t = 50 °C

Q5 = mcΔT
Q5 = (200 g) · (2.03 J/g°C) · (50 °C)
Q5 = 20300 J

Trovare il calore totale

Per trovare il calore totale di questo processo, aggiungere tutte le singole parti insieme.

Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
Qtotal = 10300 J + 66800 J + 83800 J + 4514400 J + 20300 J
Qtotal = 632600 J = 632.6 kJ

Risposta: Il calore necessario per convertire 200 grammi di ghiaccio a -25 °C in vapore a 150 °C è sufficiente 632600 Joule o 632,6 Kilojoule.

Il punto principale da ricordare con questo tipo di problema è usare il “em cat” per le parti in cui non si verifica alcun cambiamento di fase. Utilizzare il calore dell’equazione di fusione quando si passa da solido a liquido (fusibili liquidi in un solido). Utilizzare il calore di vaporizzazione quando si passa da liquido a gas (liquido vaporizza).

Un altro punto da tenere a mente è che le energie di calore sono negative durante il raffreddamento. Riscaldare un materiale significa aggiungere energia al materiale. Raffreddare un materiale significa che il materiale perde energia. Assicurati di guardare i tuoi segni.

Problemi di esempio di calore ed energia

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