Дано
с=4200 Дж/кгград
L=2.3*10^6 Дж/кг
t1=9 C
t2=100 C
T=600 c
T1-? T1=Q2/P Q2-теплота на испарение m кг воды, Р-мощность нагревателя Р=Q1/T Q1-теплота на нагрев m кг воды до 100С
Q1=mc(t2-t1)=91mc Q2=mL P=91mc/T T1=(mL/91mc)*T
T1=(L/91c)/T T1=(2.3*10^6/91*4200)*600 T1=(2.3*10^6/0.3822*10^6)*600=60*600=3600 c=1 ч
F=k*q1*q2/r^2=9*10^9*10*10^-9*16*10^-9/(7*10^-3)^2=29,4*10^-3 H
для начала определим давление газа в цилиндре до нагревания
напишем уравнение динамики для поршня:
F = Mg + Pa S, где
F - сила давления на поршень со стороны газа,
Mg - сила тяжести, действующая на поршень,
Pa S - сила давления на поршень со стороны атмосферы
значит-с, давление газа первоначально равно:
P = F/S = Pa + (Mg)/S
когда цилиндр начнут нагревать, уравнение динамики для поршня изменится:
F - Mg - Pa S = Ma
если мы предположим, что цилиндр нагревали понемногу, то его ускорение можно считать равным нулю. следовательно, сила давления и само давление газа в цилиндре тоже можно считать неизменными - процесс изобарный
найдем высоту подъема поршня относительно дна h до нагревания (пользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона):
P S h = v R T1
h = (v R T1)/(Pa S + Mg)
воспользуемся тем, что процесс изобарный (закон Гей-Люссака):
V1/T1 = V2/T2
h/T1 = H/T2
H = h (T2/T1) = (v R T2)/(Pa S + Mg) - ответ, если в задаче под первоначальным уровнем подразумевается дно цилиндра. если под п. у. подразумевается положение поршня до нагревания (h), то ответ
Δh = H - h = (v R [T2 - T1])/(Pa S + Mg)
Тут надо рассчитать четыре процесса:
1) нагревание льда от -10 до 0
формула Q1 = с1 m(t2 - t1)
с1- теплоёмкость льда, m = 2кг - масса льда, t1 = -10 t2= 0
2) плавление льда
формула Q2 = л1 m
л1 - удельная теплота плавления льда, m = 2кг - масса льда
3) нагревание образовавшейся после плавления льда воды
формула Q3 = с2 m(t3 - t2)
с2 - удельная теплоёмкость воды, m = 2кг - масса теперь уже воды,
t2 = 0 t3= 100
4) кипение воды
формула Q4 = л2 m
л2 - удельная теплота парообразования воды, m = 2кг - масса теперь уже воды
5) найти общее количество теплоты, сложив все четыре вычисленные в каждом процессе.