Сколько каменного угля нужно сжечь, чтобы нагреть воду массой 2 кг от 30°С до кипения и половину ее превратить в пар
Ответы
Для решения этой задачи мы можем использовать тепловой баланс. Сначала мы рассчитаем количество тепла, необходимого для нагрева воды до кипения, а затем количество тепла, необходимого для превращения половины этой воды в пар.
Рассчитаем количество тепла, необходимое для нагрева 2 кг воды от 30°C до температуры кипения (100°C). Для этого используем уравнение:
Q1 = m * c * ΔT,
где
Q1 - количество тепла,
m - масса воды,
c - удельная теплоемкость воды (приближенно равна 4,186 Дж/(г°C)),
ΔT - изменение температуры.
Q1 = 2 кг * 4,186 Дж/(г°C) * (100°C - 30°C) = 2 кг * 4,186 Дж/(г°C) * 70°C = 586,04 кДж.
Теперь рассчитаем количество тепла, необходимое для превращения половины массы воды в пар. Половина из 2 кг воды равна 1 кг. Для превращения 1 кг воды в пар при температуре кипения требуется 2,25 мегаджоуля (МДж) тепла. Поэтому:
Q2 = 1 кг * 2,25 МДж = 2,25 МДж = 2250 кДж.
Итак, суммарное количество тепла, необходимое для нагрева 2 кг воды от 30°C до кипения и превращения половины её в пар, составляет:
Q_total = Q1 + Q2 = 586,04 кДж + 2250 кДж = 2836,04 кДж.
Теперь мы знаем, что для этого процесса потребуется 2836,04 кДж тепла. Давайте рассчитаем, сколько каменного угля (в килограммах) нужно сжечь, чтобы выделить такое количество тепла.
Удельная теплота сгорания каменного угля обычно составляет около 24 МДж/кг. Используя это значение, мы можем рассчитать массу угля:
Масса угля (кг) = Q_total / (удельная теплота сгорания каменного угля)
Масса угля (кг) = 2836,04 кДж / 24 МДж/кг = 0,1182 кг.
Итак, чтобы нагреть 2 кг воды от 30°C до кипения и превратить половину её в пар, потребуется примерно 0,1182 кг каменного угля.