Когда в сосуд с водой при температуре 0°C впускают 1 кг водяного пара при 100°C, происходит сложный процесс теплообмена и фазового перехода. Основные этапы этого процесса:
Конденсация пара: При контакте с более холодной водой, водяной пар начнет конденсироваться. Количество теплоты, выделяемое при конденсации, можно рассчитать по формуле ( Q_1 = m_1 \cdot r ), где ( m_1 ) — масса пара (1 кг), а ( r ) — удельная теплота парообразования (примерно 2,26 МДж/кг).
Смешивание и выравнивание температуры: После конденсации сформировавшаяся вода (при 100°C) начнет отдавать тепло воде из сосуда (при 0°C), пока не установится равномерная температура. Количество теплоты, передающееся в этом процессе, можно выразить формулой ( Q_2 = m_2 \cdot c \cdot \Delta T ), где ( m_2 ) — масса образовавшейся жидкости (1 кг), ( c ) — удельная теплоемкость воды (примерно 4,186 кДж/кг·°C), а ( \Delta T ) — изменение температуры.
Расчет итоговой температуры: Когда теплота от конденсации и теплообмена между водяным паром и водой из сосуда уравновешивает теплоту, необходимую для нагрева воды, можно применить принцип сохранения энергии: ( Q_1 = Q_2 ). Итоговая температура воды будет больше 0°C, но меньше 100°C, и её можно найти, решив систему уравнений.
Этот процесс демонстрирует, как фазовые переходы и теплообмен влияют на изменение температуры системы.
Категория: Физика
Теги: термодинамика, фазовые переходы, теплообмен