З Лапласа

Зміст

1 Заява

Розрахуйте кількість тепла, необхідне для приведення 500-г блоку льоду спочатку при −10 ° C до стану водяної пари при 115 ° C, підтримуючи постійний тиск 101,3 кПа.

тепло

Знайдіть збільшення ентропії на кожному кроці та загальний процес.

2 Потрібне тепло

Повний процес складається з п’яти частин: три підвищення температури та дві фази. Кожне підвищення температури відбувається за формулою

де c - питома теплоємність (при постійному тиску), яка вважається постійною у всьому діапазоні температур (хоча і відрізняється в кожній фазі). Дуже точний розрахунок повинен враховувати зміну питомої теплоти з температурою, що призводить до тепла

Тут ми залишимося в наближенні, що вони є постійними, з відповідними значеннями для льоду, води та пари

При фазових змінах температура залишається постійною, і тепло використовується для перетворення льоду на воду або води на пару. Кількість тепла в кожному випадку пропорційна масі

де питома ентальпія плавлення та випаровування мають значення

і температури точок плавлення та кипіння

Застосовуючи ці формули, отримуємо такі значення:

Лід до температури плавлення Це підвищення температури на 10 ° C, до 0 ° C Танення льоду Нагрівання води до температури кипіння - це підвищення температури на 100 ° C Кипіння води Нагрівання пари до кінцева температура Пара повинна бути нагріта до 15 ° C до остаточного стану

Додаючи всі значення, ми отримуємо наступне загальне тепло

Він пройшов Питання (кДж) Частка загальної теплоти Всього 1530,7 100
Лід при 0 ° C 10.6 0,7%
Злиття 167 10,9%
Вода при 100 ° C 209 13,7%
Кипіння 1128,5 73,7%
Парити при 115 ° C 15.7 1,0%

Ми бачимо, що безумовно процесом, який вимагає найбільше тепла, є перетворення води у водяну пару.

3 Збільшення ентропії

Як і при розрахунку тепла, для ентропії ми також маємо п’ять кроків.

При кожній зміні фази, оскільки це ізотермічний процес

У кожному нагріванні з постійним тиском, припускаючи, що теплоємність не залежить від температури

Це дає нам такі значення:

Лід до температури плавлення Ми переходимо від 263 К до 273 К Танення льоду Нагрівання води до температури кипіння Температура йде від 273 К до 373 К Кипіння води Нагрівання пари до кінцевої температури

Ми можемо включити ці результати до попередньої таблиці

Він пройшов Питання (кДж) Частка загальної теплоти ΔS (J/K) Частка виробництва ентропії Всього 1530,7 100 4369,9 100
Лід при 0 ° C 10.6 0,7% 39.4 0,9%
Злиття 167 10,9% 611,7 14,0%
Вода при 100 ° C 209 13,7% 652,3 14,9%
Кипіння 1128,5 73,7% 3025,5 69,2%
Парити при 115 ° C 15.7 1,0% 41,0 0,9%

Ми бачимо, що більша частка збільшення ентропії обумовлена ​​переходом від рідини до пари, хоча пропорційно збільшенню загальної ентропії вона становить частку, меншу за необхідну теплоту по відношенню до загальної теплоти.