Πόση ενέργεια απαιτείται για τη μετατροπή του παγωμένου νερού στο φεγγάρι;
1. Η ποσότητα πάγου: Πρέπει να γνωρίζουμε πόσο πάγος μιλάμε. Είναι μια συγκεκριμένη μάζα, ένας όγκος ή ένα ορισμένο ποσοστό της επιφάνειας του φεγγαριού;
2. Η αρχική θερμοκρασία του πάγου: Ο πάγος στο φεγγάρι είναι εξαιρετικά κρύος, πιθανότατα πολύ κάτω από το σημείο κατάψυξης του νερού (0 ° C ή 32 ° F).
3. Η τελική κατάσταση του νερού: Θέλουμε να το μετατρέψουμε σε υγρό νερό στους 0 ° C ή θέλουμε να το θερμάνουμε περαιτέρω σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία;
Εδώ είναι μια κατανομή των υπολογισμών ενέργειας:
a) ενέργεια για την αύξηση της θερμοκρασίας πάγου στους 0 ° C:
* Ειδική θερμότητα πάγου: 2.108 j/(g⋅ ° C)
* Μάζα πάγου (m): Αυτή είναι η ποσότητα πάγου που πρέπει να μετατρέψουμε.
* Αρχική θερμοκρασία (T1): Η θερμοκρασία του πάγου στο φεγγάρι.
* Τελική θερμοκρασία (T2): 0 ° C (32 ° F)
* ενέργεια (q1) =m * Ειδική θερμότητα πάγου * (t2 - t1)
B) Ενέργεια για να λιώσει τον πάγο:
* Λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης νερού: 334 J/G
* Μάζα πάγου (m): Ίδιο όπως και πριν.
* ενέργεια (q2) =m * Λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης νερού
C) Ενέργεια για να θερμαίνεται το νερό στην επιθυμητή θερμοκρασία:
* Ειδική θερμότητα νερού: 4.184 j/(g⋅ ° C)
* Μάζα νερού (m): Ίδιο όπως και πριν.
* Αρχική θερμοκρασία (T3): 0 ° C (32 ° F)
* Τελική θερμοκρασία (T4): Η επιθυμητή θερμοκρασία του νερού.
* ενέργεια (q3) =m * Ειδική θερμότητα νερού * (T4 - T3)
συνολική ενέργεια (q) =q1 + q2 + q3
Παράδειγμα:
Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να μετατρέψουμε 1 kg (1000 g) πάγου στους -173 ° C (-279 ° F) σε υγρό νερό στους 0 ° C:
* q1 =1000 g * 2.108 J/(G⋅ ° C) * (0 ° C - (-173 ° C)) =364,360 J
* q2 =1000 g * 334 j/g =334.000 j
* q3 =0 j (Δεδομένου ότι θέλουμε μόνο το νερό στους 0 ° C)
συνολική ενέργεια (q) =364.360 j + 334.000 j =698.360 j
Επομένως, απαιτούνται περίπου 698.360 joules ενέργειας για τη μετατροπή 1 kg πάγου στους -173 ° C σε υγρό νερό στους 0 ° C.
Σημείωση: Αυτοί οι υπολογισμοί απλοποιούνται. Τα σενάρια πραγματικού κόσμου θα συνεπαγόταν παράγοντες όπως η απώλεια θερμότητας στο περιβάλλον, η ανομοιογενής κατανομή του πάγου και η πολυπλοκότητα της εξαγωγής νερού από την επιφάνεια του φεγγαριού.
