| Задача 4. В сосуд, содержащий 1 л воды при tв = 20 °С, бросили кусок железа массой mж = 1 кг, нагретый до tж = 1300 °C. Удельная теплоемкость воды cв = 4,2 кДж/(кг•°С), удельная теплоемкость железа cж = 0,46 кДж/(кг•°С), удельная теплота порообразования воды r = 2,3 МДж/кг. Какая температура установиться в системе?
Решение:
Вода, соприкасающаяся с куском железа, будет нагреваться до 100 °С и испаряться. Образование пара будет происходить до тех пор, пока кусок железа не остынет до 100 °С. Теплота, выделяющаяся при остывании железа до 100 °С, идет на нагревание части воды mп до 100 °С и ее испарение, т.е.
cжmж(tж − 100°) = cвmn(100° − tв) + mnr.
Можно найти массу испарившейся воды
mn = cжmж(tж − 100°)/(cв(100° − tв) + r) = 0,21 кг.
Испарилась только часть воды, оставшаяся часть воды будет нагреваться
до некоторой температуры, за счет теплоты, выделяющейся при остывании
железа до этой же температуры, т.е.
cжmж(100° − tx) = cв(mв − mn)(tx − tв).
Из этого уравнения можно получить выражение для установившейся температуры
tж = [cжmж100 + cв(mв − mn)tв]/[cжmж + cв(mв − mn)] = 29,7 °C ≈ 30 °C
| 
