Уточнение деталей вопроса

Водяной пар, находившийся под давлением р1 =10^5 Па при температуре Т1 = 280 К, был изобарно нагрет на ΔТ = 40 К, в результате чего

Ответ на вопрос

его объем увеличился на ΔV = 0,02 м³. Какое количество теплоты Q было передано водяному пару в процессе нагрева?

Для решения данной задачи необходимо использовать уравнение состояния идеального газа:

pV = nRT,

где p — давление, V — объем, n — количество вещества, R — универсальная газовая постоянная, T — температура.

Из условия задачи известны начальное давление и температура водяного пара:

p1 = 10^5 Па,

T1 = 280 К.

Также известно, что в результате изобарного нагрева на ΔТ = 40 К объем пара увеличился на ΔV = 0,02 м³. Следовательно, конечный объем пара будет равен:

V2 = V1 + ΔV = V1 + 0,02 м³.

Так как процесс изобарный, то давление пара остается неизменным:

p2 = p1 = 10^5 Па.

Из уравнения состояния идеального газа можно выразить количество вещества:

n = pV/RT.

Так как давление и температура пара не меняются, то количество вещества остается неизменным:

n1 = n2 = n.

Теперь можно выразить количество теплоты, которое было передано водяному пару в процессе нагрева. Для этого воспользуемся формулой для количества теплоты, переданной газу при изобарном процессе:

Q = nCpΔT,

где Cp — удельная теплоемкость при постоянном давлении.

Удельная теплоемкость при постоянном давлении для водяного пара приблизительно равна Cp = 2,0 кДж/(кг·К).

Тогда количество теплоты, которое было передано водяному пару в процессе нагрева, можно выразить следующим образом:

Q = nCpΔT = pVΔT Cp = pΔV Cp.

Подставляя известные значения, получаем:

Q = 10^5 Па × 0,02 м³ × 40 К × 2,0 кДж/(кг·К) ≈ 160 кДж.

Таким образом, в результате изобарного нагрева водяному пару было передано около 160 кДж теплоты.