Какова температура, которая установится в сосуде, и что произойдет, когда сгорит 100 г керосина, если кусок льда массой 8 кг имеет температуру 0 градусов Цельсия и его начинают плавить сжиганием керосина?

Физика 11 класс Тепловые явления температура в сосуде сгорание керосина плавление льда масса льда теплообмен физика 11 класс Новый

Для решения данной задачи нам необходимо использовать закон сохранения энергии. Мы будем учитывать, что энергия, выделяющаяся при сгорании керосина, будет использована для плавления льда.

Шаг 1: Найдем количество теплоты, необходимое для плавления льда.

Лед плавится при температуре 0 градусов Цельсия. Количество теплоты, необходимое для плавления льда, можно рассчитать по формуле:

Q_лед = m_лед * L,

где:

• Q_лед - количество теплоты, необходимое для плавления льда;
• m_лед - масса льда (в данном случае 8 кг);
• L - скрытая теплота плавления льда (приблизительно 334 кДж/кг).

Подставляем значения:

Q_лед = 8 кг * 334 кДж/кг = 2672 кДж.

Шаг 2: Найдем количество теплоты, выделяющееся при сгорании керосина.

Для сгорания керосина можно использовать среднее значение теплоты сгорания, которое составляет примерно 42 МДж/кг. Для 100 г керосина (0.1 кг) это будет:

Q_керосин = m_керосин * Q_сгорания,

где:

• m_керосин - масса керосина (0.1 кг);
• Q_сгорания - теплота сгорания керосина (примерно 42 МДж/кг).

Подставляем значения:

Q_керосин = 0.1 кг * 42 МДж/кг = 4.2 МДж = 4200 кДж.

Шаг 3: Сравниваем количество теплоты.

Теперь сравним количество теплоты, необходимое для плавления льда, с количеством теплоты, выделяющимся при сгорании керосина:

• Q_лед = 2672 кДж;
• Q_керосин = 4200 кДж.

Так как Q_керосин больше, чем Q_лед, то керосин сможет расплавить весь лед и даже останется некоторое количество теплоты.

Шаг 4: Определим, что произойдет после плавления льда.

После того как лед расплавится, у нас будет вода, и излишек теплоты будет использоваться для повышения температуры воды. Количество теплоты, оставшееся после плавления льда, можно найти следующим образом:

Q_остаток = Q_керосин - Q_лед = 4200 кДж - 2672 кДж = 1528 кДж.

Шаг 5: Найдем, насколько повысится температура воды.

Теперь мы можем рассчитать, насколько повысится температура воды. Для этого используем формулу:

Q_остаток = m_вода * c * ΔT,

где:

• m_вода - масса воды (8 кг);
• c - удельная теплоемкость воды (приблизительно 4.18 кДж/(кг·°C));
• ΔT - изменение температуры.

Подставляем значения и решаем уравнение:

1528 кДж = 8 кг * 4.18 кДж/(кг·°C) * ΔT.

Теперь находим ΔT:

ΔT = 1528 кДж / (8 кг * 4.18 кДж/(кг·°C)) ≈ 45.5 °C.

Таким образом, температура воды после плавления льда будет:

Т_вода = 0 °C + 45.5 °C = 45.5 °C.

Ответ: В сосуде установится температура около 45.5 °C, и весь лед массой 8 кг расплавится при сгорании 100 г керосина.