7. Сколько необходимо сжечь спирта, чтобы расплавить лед массой 2 кг, взятый при температуре -20°С, а полученную воду нагреть до кипения и превратить в пар? КПД спиртовки 40 %.
Ответы
Ответ:
Для розрахунку необхідної кількості спирту для розтаювання льоду, нагрівання води до кипіння і перетворення її в пар, ми використовуємо закон збереження енергії.
Спочатку визначимо кількість тепла, необхідного для розтаювання льоду масою 2 кг при температурі -20°C. Для розтаювання льоду використовуємо удельну теплоємність льоду (L) та масу льоду (m):
Q1 = L * m = 330 кДж/кг * 2 кг = 660 кДж.
Потім потрібно нагріти воду до кипіння при 100°C. Використовуємо масу води (м) та її удельну теплоємність (c):
Q2 = m * c * ΔT,
де ΔT - різниця між кінцевою температурою (100°C) і початковою температурою (-20°C).
Q2 = 2 кг * 4.19 кДж/(кг·K) * (100°C - (-20°C)) = 838 кДж.
Потім нам потрібно витратити тепло на перетворення води в пар. Використовуємо масу води (м) і удельну теплоємність пароутворення (Lv):
Q3 = m * Lv = 2 кг * 2.3 МДж/кг = 4600 кДж.
Тепер знайдемо загальну кількість тепла, необхідного для всіх процесів:
Q = Q1 + Q2 + Q3 = 660 кДж + 838 кДж + 4600 кДж = 6098 кДж.
З формули для КПД (Коефіцієнта корисної дії), який дорівнює корисній роботі (в данному випадку, кількість тепла, необхідного для виконання задачі) поділеній на всю витрату енергії (витрати на споживання спирту), ми можемо знайти, скільки спирту нам потрібно:
КПД = Корисна робота / Витрата енергії.
Витрата енергії = Корисна робота / КПД = 6098 кДж / 0.4 = 15245 кДж.
Удень по спирту 1 кг енергії вивільняється 30 МДж. Розрахунок кількості спирту (S) для отримання 15245 кДж:
S = 15245 кДж / 30 МДж/кг = 0.508333 кг.
Отже, для виконання цієї задачі потрібно сжечи близько 0.51 кг спирту.
Объяснение: