РУҚА
Тапсырмалар № 14, 20 · ОГЭ

Расчет теплоты парообразования

Как находить количество теплоты при испарении, конденсации и нагревании жидкости
5 мин чтенияҚиындық: Обновлено 27 қыркүйек 2026

Чтобы решить задачу на испарение или конденсацию, нужно определить, какой процесс происходит, выбрать соответствующую формулу и внимательно учесть изменение температуры жидкости. Основная идея: при парообразовании теплота поглощается, а при конденсации — выделяется.

1. Испарение и конденсация

Испарение — переход жидкости в газ с поверхности жидкости. Оно может происходить при любой температуре. Для испарения молекулам необходимо сообщить энергию, поэтому жидкость поглощает теплоту и обычно охлаждается.

Конденсация — переход пара в жидкость. При этом молекулы сближаются, а внутренняя энергия вещества уменьшается. Поэтому при конденсации выделяется такое же количество теплоты, какое было затрачено на испарение той же массы пара при той же температуре.

D
Удельная теплота парообразования

Удельная теплота парообразования \(L\) — количество теплоты, необходимое для превращения жидкости массой \(1\ \text{кг}\) в пар без изменения температуры. Для каждой жидкости величина \(L\) зависит от вещества и температуры.

\(Q\)
количество теплоты
Дж
\(m\)
масса
кг
\(L\)
удельная теплота парообразования
Дж/кг
\(c\)
удельная теплоёмкость
Дж/(кг·°C)
\(\Delta t\)
изменение температуры
°C
\[Q_{\text{п}}=Lm\]1

Формула (1) применяется, если жидкость превращается в пар при постоянной температуре. При обратном процессе, конденсации, модуль количества теплоты вычисляют так же: \(Q_{\text{к}}=Lm\). В тепловом балансе конденсацию обычно считают источником теплоты, поэтому её энергия входит со знаком «плюс» в часть теплоты, полученной телом.

T
Правило знаков

При испарении тело получает энергию: \(Q>0\). При конденсации тело отдаёт энергию: \(Q<0\), если использовать знаковое соглашение для изменения внутренней энергии. В задачах на тепловой баланс чаще используют модули теплоты и отдельно указывают, кто отдаёт, а кто получает энергию.

2. Нагревание жидкости перед испарением

Если жидкость сначала нагревают от температуры \(t_1\) до температуры \(t_2\), а затем полностью испаряют, процесс состоит из двух этапов. Сначала используется количество теплоты для нагревания, затем — теплота парообразования.

\[Q_1=cm(t_2-t_1)\]
\[Q_2=Lm\]
\[Q=Q_1+Q_2=cm(t_2-t_1)+Lm\]

Если жидкость нагревается до температуры кипения, в формуле подставляют температуру кипения данного вещества. Во время кипения температура жидкости при постоянном внешнем давлении не меняется, а подводимая энергия расходуется на переход жидкости в пар.

123456789100.511.522.533.544.55масса m, кгтеплота Q, Дж0Q = Lm
Зависимость теплоты парообразования от массы при постоянном L: график проходит через начало координат.
Удобный алгоритм

1) Запишите, что происходит с веществом. 2) Переведите массу в килограммы. 3) Если температура меняется, найдите \(Q_1=cm\Delta t\). 4) Для парообразования или конденсации найдите \(Q_2=Lm\). 5) Сложите энергии разных этапов с учётом того, кто получает и кто отдаёт теплоту.

Микро-проверка

Какую формулу используют для испарения воды массой \(m\) при постоянной температуре?

3. Тепловой баланс при конденсации

В задачах на конденсацию горячего пара часто происходит несколько процессов: пар конденсируется, образовавшаяся вода остывает, а другое тело или жидкость нагревается. Для решения составляют уравнение энергии фазового перехода: теплота, отданная одними телами, равна теплоте, полученной другими, если потерями в окружающую среду пренебречь.

\[Q_{\text{отд}}=Q_{\text{пол}}\]

Например, если пар массой \(m_\text{п}\) конденсируется при температуре \(t_\text{к}\), а затем вода остывает до температуры \(t\), отданная теплота равна

\[Q_{\text{отд}}=m_\text{п}L+m_\text{п}c(t_\text{к}-t)\]

Если пар конденсируется в воду массой \(m_\text{в}\), находящуюся при температуре \(t_0\), а итоговая температура смеси равна \(t\), то вода получает теплоту \(m_\text{в}c(t-t_0)\). Тогда уравнение баланса имеет вид

\[m_\text{п}L+m_\text{п}c(t_\text{к}-t)=m_\text{в}c(t-t_0)\]
!
Частые ошибки

Не подставляйте массу в граммах: в СИ нужна масса в килограммах. Не используйте \(Q=cm\Delta t\) для самой конденсации. При конденсации температура не обязана изменяться, но теплота всё равно выделяется: \(Q=mL\). Также не путайте температуру кипения с температурой окружающей жидкости.

4. Разобранный пример

№
Пример

Какое количество теплоты необходимо сообщить воде массой \(200\ \text{г}\), взятой при температуре \(20\ ^\circ\text{C}\), чтобы нагреть её до \(100\ ^\circ\text{C}\) и полностью испарить? Считать \(c=4200\ \text{Дж/(кг·}^\circ\text{C)}\), \(L=2{,}3\cdot10^6\ \text{Дж/кг}\).

1
Переводим массу в единицы СИ.
\(\displaystyle m=200\ \text{г}=0{,}2\ \text{кг}\)
2
Находим изменение температуры до точки кипения.
\(\displaystyle \Delta t=100-20=80\ ^\circ\text{C}\)
3
Вычисляем теплоту нагревания воды.
\(\displaystyle Q_1=cm\Delta t=4200\cdot0{,}2\cdot80=67200\ \text{Дж}\)
4
Вычисляем теплоту полного испарения при температуре кипения.
\(\displaystyle Q_2=Lm=2{,}3\cdot10^6\cdot0{,}2=460000\ \text{Дж}\)
5
Складываем теплоты двух последовательных этапов.
\(\displaystyle Q=Q_1+Q_2=67200+460000=527200\ \text{Дж}\approx5{,}27\cdot10^5\ \text{Дж}\)

Жауабы: \(Q\approx5{,}27\cdot10^5\ \text{Дж}\), или примерно \(527\ \text{кДж}\). Видно, что основная часть энергии пошла не на нагревание, а на испарение: величина \(L\) для воды очень велика.

5. Графики и проверка результата

На графике нагревания и охлаждения участок нагревания жидкости наклонён вверх: температура растёт. Участок кипения имеет постоянную температуру и направлен горизонтально, если по вертикальной оси отложена температура, а по горизонтальной — время. Длина или продолжительность этого участка зависит от мощности нагревателя и массы жидкости, а количество теплоты определяется формулой \(Q=Lm\).

ПроцессТемператураИзменение энергииФормула
Нагревание жидкостиРастётЖидкость получает теплоту\(Q=cm\Delta t\)
Испарение или кипениеПостояннаЖидкость получает теплоту\(Q=Lm\)
Охлаждение пара или жидкостиУменьшаетсяВещество отдаёт теплоту\(Q=cm\Delta t\) по модулю
КонденсацияПостоянна на этапе переходаПар отдаёт теплоту\(Q=Lm\) по модулю
Запомнить

Если есть изменение температуры и фазовый переход, теплоты этапов складываются. Для нагревания используйте \(cm\Delta t\), для испарения или конденсации — \(Lm\).

Q
Жылдам тест по теме

Быстрая проверка

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · кипение
Как изменяется температура жидкости во время кипения при постоянном давлении?
Главное за минуту

Главное

  • Испарение поглощает, а конденсация выделяет теплоту.
  • При фазовом переходе без изменения температуры используют \(Q=Lm\).
  • При нагревании или охлаждении без фазового перехода используют \(Q=cm\Delta t\).
  • Если процесс состоит из нескольких этапов, теплоты этапов складывают.
  • В задачах на смешивание и конденсацию составляют уравнение теплового баланса: \(Q_{\text{отд}}=Q_{\text{пол}}\).