Как определить массу пара (см.ниже)?

Для определения массы водяного пара, которая необходима для нагрева сосуда с водой и льдом, можно воспользоваться законом сохранения энергии. Первым шагом необходимо определить количество тепла, которое необходимо передать системе, чтобы привести ее к искомой температуре.

В начальном состоянии у нас есть 2 л воды и 1 кг льда, оба находятся при температуре 0 °C. Тепло, необходимое для нагрева воды, можно вычислить, учитывая ее массу и удельную теплоемкость:

Q1 = масса_воды * удельная_теплоемкость_воды * (температура_окончательная - температура_начальная)

где
масса_воды = 2 кг (так как 1 л воды равно 1 кг),
удельная_теплоемкость_воды = 4200 Дж/кг*°C,
температура_окончательная = 6 °C,
температура_начальная = 0 °C.

Теперь посчитаем количество тепла, необходимого для плавления льда:

Q2 = масса_льда * удельная_теплота_плавления_льда

где
масса_льда = 1 кг,
удельная_теплота_плавления_льда = 330000 Дж/кг.

Далее, чтобы привести воду к заданной температуре, нам нужно тепло, которое вода потеряет при охлаждении:

Q3 = масса_воды * удельная_теплоемкость_воды * (температура_конечная - температура_начальная)

где
масса_воды = 2 кг,
удельная_теплоемкость_воды = 4200 Дж/кг*°C,
температура_конечная = 6 °C,
температура_начальная = 0 °C.

Наконец, мы можем вычислить потребное количество тепла для испарения водяного пара:

Q4 = масса_пара * удельная_теплота_парообразования

где
масса_пара - неизвестная нам величина,
удельная_теплота_парообразования = 2260000 Дж/кг.

Используя закон сохранения энергии, можно установить равенство:

Q1 + Q2 + Q3 = Q4

Подставляя все значения, получаем:

2 кг * 4200 Дж/кг*°C * (6 °C - 0 °C) + 1 кг * 330000 Дж/кг + 2 кг * 4200 Дж/кг*°C * (6 °C - 0 °C) = масса_пара * 2260000 Дж/кг

Выражая массу_пара, получаем:

масса_пара = (2 кг * 4200 Дж/кг*°C * (6 °C - 0 °C) + 1 кг * 330000 Дж/кг + 2 кг * 4200 Дж/кг*°C * (6 °C - 0 °C)) / 2260000 Дж/кг

Подсчитывая данное выражение, мы сможем определить массу водяного пара, необходимого для достижения требуемой температуры в сосуде.