理想状态水从0℃到10℃和90℃到100℃,哪个需要能量多

问题本身存在歧义,“理想状态”到底指的是哪些参数理想?一般我们认为液态水在常压下比热容不变,如果不考虑热量损失的话,根据Q=cmΔt两者所需能量是一样大的;实际上影响因素非常多,比如水的定压比热容并非定值,加热过程还会存在热量损失,还有水的蒸发也会带走一部分热量。

一般算法

在一个标准大气压下,对于0~100℃的液态水,一般我们认为定压比热容保持不变,近似等于c=4.2kJ/Kg·K,比热容表示单位质量的物质温度变化一度,需要吸收或者放出的热量。

对于液态水,0℃加热到10℃,以及90℃加热到100℃,温度变化差都是10度,所需两种情况下,水吸收的热量是一样多的。

工程算法

实际上,即便不考虑加热过程中的热量损失,也会存在其他方面的影响,比如:

(1)液态水的定压比热容并不是固定的,而是和温度有关,从0℃到100℃,液态水的定压比热容先降低再增加,但是最大变化幅度不超过1%。

(2)液态水在高温时,蒸发过程避免不了,而且温度越高蒸发越快,这会带走一部分热量。

在工程上,我们采用查表的方式,来计算加热液态水时,水的内能变化,比如在标准大气压(101.325Kpa)下:

(1)0℃时,水的比焓H1=0.00KJ/Kg,定压比热c=4.2194KJ/Kg·K;

(2)10℃时,水的比焓H2=42.12KJ/Kg,定压比热c=4.1954KJ/Kg·K;

(3)90℃时,水的比焓H3=376.99KJ/Kg,定压比热c=4.2050KJ/Kg·K;

(4)99.98℃时,水的比焓H4=418.99KJ/Kg,定压比热c=4.2166KJ/Kg·K;

比焓是以0℃水为基准,然后把水加热到另外一个温度所需要的能量,第四个之所以采用99.98℃的数值而不采用100℃,是因为100℃时软件默认水处于过热蒸汽区域,已经算上了蒸发潜热。

于是工程算法中,1千克的液态水从0℃加热到10℃,需要的能量为:

Q1=H2-H1=42.12KJ;

从90℃加热到100℃(未蒸发),需要的能量为:

Q2=H4-H3=42.00KJ;

两个数值相差不大,这是因为两个温度区间内水的比热容相差很小的原因,而液态水在30℃附近,定压比热容是最低的,只有4.178kJ/Kg·K,如果在30℃附近加热水的话,升高1℃需要的能量就有更明显的降低。