一个密闭的容器内装满20度水，需要多少能量将它加热成100℃的热水，之后压力是多少？

Question

一个密闭的容器内装满20度水，需要多少能量将它加热成100℃的热水，之后压力是多少？需要多少能量加热成120℃的蒸汽，之后的压力是多少？
怎么计算的？根据的公式原理是什么？
注：要求计算出比较标准大气压的相对压力。
容器容量1L

Answer 1

从提问来看，容器是密闭的，工作压力是0.2MPa（该装置想必不会设置蒸汽过热器，产出的蒸汽是饱和蒸汽）。我们可将整个过程分解为如下：20℃的水加热至100℃，由于压力的存在，水在100℃时未沸腾（想想压力锅的原理），直到120℃时达到临界点，继续吸热沸腾。众所周知，蒸汽在沸腾时由液态变成汽态的相变过中，温度是不变的，即温差是0，但此过程吸热量不可能是0，相反需要大量吸热，等温汽化的过程吸收的热量称为汽化潜热（热量相当大）。由此可将整个过程分别液太升温和等温汽化两个过程。前一个过程可用公式比热容C*[(273+120)-(273+20)]*m ,c=4.2kj/(kg.k) ,m=1kg，算下来前一过程吸热420KJ；饱和蒸汽的在120℃汽化潜热可查相关手册，为2244.4KJ/kg，1L水在120℃吸热2244.4KJ。最后两者相加2664.4KJ。这个不是绝对准确，但也大差不差。

追问

什么是蒸汽过热器，过热释放蒸汽的装置？密闭的空间内释放的蒸汽一定是饱和的吗？按照你的理论如果这个容器足够强壮，被装满了水是不是很有可能达不到沸点，因为压力的存在。如果装一半水是不是就好很多呢？另外你说的汽化潜热是怎么定义的？是120℃饱和蒸汽所含的能量吗？还是从0℃到120℃需要的能量？等温气化过程中，水温是不是等于蒸汽温度？工作为什么是0.2MPa，怎么算的？
不要意思，我的疑问太多了，呵呵……

追答

将饱和蒸汽再等压加热，蒸汽就成过热蒸汽了。比如在1个标准大气压下，100℃沸腾，产生蒸汽，这个蒸汽如遇冷还会凝结，由气变水的过温度是保持100℃。这样的外于相变临界点的蒸汽就是饱和蒸汽。如对饱和蒸汽再加热，且保持压力不变，蒸汽温度就超过了此压力下的饱和温度，成了过热蒸汽了。对饱和蒸汽再加热的装置就是蒸汽过热器，除非有特别工艺要求，一般不设置蒸汽过热器。
沸点与压力有关，压力越高沸点越高。至于如果这个容器足够强壮，被装满了水是不是很有可能达不到沸点的问题研究了也没多大意义了，现实当中无法实现。当然沸腾就是汽化，汽化的话体积就变大，由容器限制了体积，自然也就无法沸腾了。如果装一半水，最终成为汽水配混合物。
汽化潜热是在一定压力下饱和水定压汽化时吸入和热量。相关知识初中物理就学过了。如在1个标准大气压下，100℃纯水沸腾变成蒸汽，温度不变，但需大量吸热。吸的这个热就是100℃，1个标准大气压下的气化潜热。如果是120℃沸点（正如题中的情况），这个气化潜热就是120℃，3个标准大气压下（也就是表压0.2MPa）时的汽化潜热。
饱和蒸汽温度与压力的关系怎么算，我也不会，但有实验数据。你要求的是120℃蒸汽，从你说“公司要做一个类似锅炉的加热装置出蒸汽”来看，也不可能再安装蒸汽热器 ，所以就判断是饱和蒸汽。120℃饱和蒸汽对应的压力就是0.2MPa，就好比1个标准大气压下（表压0Pa）100℃时纯水沸腾变100℃饱和蒸汽一样，是物理特性，没有为什么。

追问

果然是高手啊，先谢谢你耐心的讲解。不过还得请你帮忙看看我的理解对不对。
以装一半水为例，加热后水膨胀和蒸发，容器内压力不断增大，沸点也不断增高，但沸点攀升的幅度慢于水温攀升的速度（这个假设对吗？），达到沸点时处于饱和状态。继续沸腾产生大量蒸汽所以压力和沸点温度攀升速度会更快。此后，容器内处于不断沸腾和饱和状态，沸点温度和压力继续升高，至于最终升到多少温度全部汽化要看开始时容器内水和空气的比例。

Answer 2

高中物理题目？！
你这题目有问题吧~第一个问貌似就算不出
如果你只是要计算过程倒是有思路提供给你
首先你缺这个容器的体积，（间接的涉及到内容水重量）
计算加热能量你可以使用体积V乘以水的比热容C（4.2kj/kg貌似是这个~记不大准了自己查下物理手册吧）然后乘以温度的变量（20-100）绝对值得到的就是所需能量。后面的120度也一样（20-120）注意这个你要查下水蒸汽的比热容。不是固定4.2的如果都是4.2好办了直接（20-120）如果不是你就（20-100）加100-120的
至于压力你没具体设定蒸发情况！当然估计你这个只讨论理想状态。也就是所有水都气化成蒸汽。
这个我没具体演算，记得以前推算的过程好像是按浮力的pgv算的
具体的压力公式可以推倒~好像最终结果可以约去体积和重力。压力比为纯粹的密度比的反比。（具体是正比还是反比要看你推到后的公式，当然本身可以想想，当然是气化后密度越小压力越大，因为膨胀的体积大。不过这个是猜测你还是要看公式推出的结果。）这个计算到相对简单
别着急带入数据 只要都把公式画上 一顿约去后是十分简单的。
得出的如果你要是对比标准大气压的也不需要带入大气压力数~一样是带密度进去就ok
这个是我好多年前的记忆了，自己算算吧 大致方式是没错 具体过程就要你写了~
都给你写出来 等于我自己做这题了，你小子不是想偷懒不写作业吧~
如果单纯不会答没思路可以照我说的推导~是没问题的

追问

不是写作业，我公司要做一个类似锅炉的加热装置出蒸汽，但是我又不是很懂，弱弱的问问。
中学的东西都忘了，所以很苦恼，让我回初中考试估计不超出20分。呵呵
水加热成蒸汽不是需要大量的能量吗？还能不能用比热来计算能量啊？

追答

水不加热也会成蒸汽~实际不需要热量。这个问题就是大学的量子物理里涉及的了。
不过这个对你没意义。
单纯计算的话是我上面说的没错。可以用比热来计算需要的能量。
水在100摄氏度时（1个标准大气压下）是会直接成为水蒸气的，（实际是介于2者间，水气混合状态）但是普通情况下看就是水蒸气了~！这个没叫真的意义。放心的去按比热算吧
至于你是用在锅炉上这个问题就不好解决了。
虽然不困难，但是涉及的就不是理论的东西了，我猜测你大概意思是这个锅炉你打算把水蒸腾成蒸汽再输送出去是不。那实际的热量需求是看你输入进的水量了，他是个平衡的过程，你提供的加热功率要大于你水成气化的吸收热量，再根据损耗补充水，使其平衡。
而压力方面因为你是可以调节的过程，实际压力是看压力表来走的。并不是恒定的，这个压力你爱调成多少就是多少！实际影响他的只是温度~。因为温度的改变造成气体密度的变化，
刚才公式也推了，密度的比就是你压力的比。那实际你最后推导的结论是
你温度的比就是你压力的比。 这是简单说。具体你要数值 就需要带入了

Answer 3

呵呵，我也不知道。