Какое количество теплоты нужно сообщить 5 кг льда, взятого при температуре -10°С, чтобы его расплавить,...

Для расчета количества теплоты, необходимого для превращения льда в воду и далее в пар, мы должны учитывать фазовые переходы и изменения температуры вещества.

1. Сначала необходимо расплавить лед. Для этого используется удельная теплота плавления льда, которая составляет 334 кДж/кг. Таким образом, для расплавления 5 кг льда потребуется: Q1 = m L = 5 кг 334 кДж/кг = 1670 кДж

2. Затем нужно нагреть воду от 0°С до 100°С. Для этого используем удельную теплоемкость воды, которая равна 4.186 кДж/$кг·°C$. Таким образом, теплота, необходимая для нагрева воды, будет равна: Q2 = m c ΔT = 5 кг 4.186 кДж/$кг·°C$ $100°С-0°С$ = 2093 кДж

3. Наконец, чтобы испарить воду, необходимо добавить удельную теплоту парообразования воды, которая равна 2260 кДж/кг. Таким образом, для испарения 5 кг воды потребуется: Q3 = m Lv = 5 кг 2260 кДж/кг = 11300 кДж

Итак, общее количество теплоты, необходимое для расплавления 5 кг льда, нагрева воды до 100°С и испарения воды, составит: Q = Q1 + Q2 + Q3 = 1670 кДж + 2093 кДж + 11300 кДж = 15063 кДж

Таким образом, чтобы превратить 5 кг льда при температуре -10°С в пар при 100°С, потребуется 15063 кДж теплоты.

Чтобы определить, какое количество теплоты нужно сообщить льду для выполнения всех указанных процессов, необходимо рассмотреть несколько этапов:

1. Нагрев льда от -10°C до 0°C: Используем формулу для расчета количества теплоты: [ Q1 = m \cdot c{\text{лед}} \cdot \Delta T ] где $m=5\text{кг}$ — масса льда, $c_{\text{лед}}=2.1\text{кДж/(кг}\cdot \text{°C)}$ — удельная теплоемкость льда, $\mathrm{\Delta }T=0-(-10$ = 10 \, \text{°C} ).

   $Q_1=5\cdot 2.1\cdot 10=105\text{кДж}$

2. Плавление льда при 0°C: Используем формулу для расчета количества теплоты: [ Q2 = m \cdot \lambda{\text{плавления}} ] где ${\lambda }_{\text{плавления}}=334\text{кДж/кг}$ — удельная теплота плавления льда.

   $Q_2=5\cdot 334=1670\text{кДж}$

3. Нагрев воды от 0°C до 100°C: Используем формулу для расчета количества теплоты: [ Q3 = m \cdot c{\text{вода}} \cdot \Delta T ] где $c_{\text{вода}}=4.18\text{кДж/(кг}\cdot \text{°C)}$ — удельная теплоемкость воды, $\mathrm{\Delta }T=100-0=100\text{°C}$.

   $Q_3=5\cdot 4.18\cdot 100=2090\text{кДж}$

4. Испарение воды при 100°C: Используем формулу для расчета количества теплоты: [ Q4 = m \cdot r{\text{испарения}} ] где $r_{\text{испарения}}=2260\text{кДж/кг}$ — удельная теплота парообразования воды.

   $Q_4=5\cdot 2260=11300\text{кДж}$

Теперь сложим все количества теплоты для получения общего количества теплоты, необходимого для всех процессов:

$Q_{\text{общ}}=Q_1+Q_2+Q_3+Q_4=105+1670+2090+11300=15165\text{кДж}$

Таким образом, для того чтобы нагреть 5 кг льда от -10°C, расплавить его, нагреть воду до 100°C и выпарить, потребуется 15165 кДж тепловой энергии.