Температура 373 К = 100 °С, а это температура кипения воды. Следовательно, чтобы пар, взятый при температуре кипения, превратить в лед при температуре tк = –10 °С, необходимо четыре процесса:
1) сконденсировать пар в воду при температуре t0 = 100 °C, при этом выделится количество теплоты Q1 = m⋅L, где L = 2,3⋅106 Дж/кг — удельная теплота парообразования воды (табличная величина);
2) охладить воду от t0 = 100 °C до t1 = 0 °C (температура замерзания воды), при этом выделится Q2 = c1⋅m⋅(t0 – t1), где c1 = 4,19⋅103 Дж/(кг⋅К) — удельная теплоемкость воды (табличная величина);
3) заморозить воду в лед при температуре t1 = 0 °C, при этом выделится Q3 = m⋅λ, где λ = 330⋅103 Дж/кг — удельная теплота плавления льда (табличная величина);
4) охладить лед от t1 = 0 °C до tк = –10 °C, при этом выделится Q2 = c2⋅m⋅(t1 – tк), где c2 = 2,1⋅103 Дж/(кг⋅К) — удельная теплоемкость льда (табличная величина).
Всего пар отдаст количество теплоты, равное
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = m⋅(L + c1⋅(t0 – t1) + λ + c2⋅(t1 – tк)),
Q = 9,2⋅10^6 Дж.
1. Q=Q1+Q2 - где Q1-теплота, выделившаяся при остывании воды от 20 до О С, Q2-теплота, выделившаяся при кристаллизации воды
Q1=cm(t-to)=cpV(t1-to)
Q2=qm=qpV
Q=cpV(t-to)+qpV=pV(c(t-to)+q)=1000*0.015*(4200(20-0)+330000)=6210000 Дж
2. Qотд=Qпол
Qотд=c1m1(t1-t) - теплота, отданная стальной гайкой
Qпол=c2m2(t-t2) - теплота, полученная маслом
c1m1(t1-t)=c2m2(t-t2)
c1m1t1-с1m1t = c2m2(t-t2)
t1= (c2m2(t-t2)+c1m1t)/c1m1=1680*3(30-10)+460*0.3*30/460*0.3=760 С
3. n=Qпол/Qотд
Qпол=с1m1(t-to)=4200*0.175*60=44100 дж - теплота, полученная водой
Qотд=qm2=q(m-mo) = 27000000(0.163-0.157)=162000 дж - телота, отданное спиртовкой
n=Qпол/Qотд=44100/162000=0.27 или 27 %