Сколько дров нужно сжечь в топке паровой машины с КПД = 35 %, чтобы нагреть воду до 11°С из снега массой 104 кг, который был взят при температуре -10 °C?

(Удельная теплота плавления снега X = 330000 Дж, удельная теплоёмкость снега с1 = 2100 Дж/кг, удельная теплоёмкость воды с2 = 4200 Дж/кг, удельная теплота сгорания дров q = 10 • 10^6 Дж/кг)

Ответ (округли до десятых):

КГ.

Физика 11 класс Тепловые процессы физика паровая машина КПД нагрев воды удельная теплота Теплоёмкость сгорание дров расчет энергии физические задачи термодинамика Новый

Для решения задачи необходимо рассчитать количество теплоты, необходимое для нагрева снега до 11 °C, и затем определить, сколько дров нужно сжечь для получения этой теплоты с учетом КПД паровой машины.

Шаг 1: Нагревание снега до 0 °C

Сначала необходимо нагреть снег от -10 °C до 0 °C. Для этого используется формула:

Q1 = m * c1 * ΔT1

• m = 104 кг (масса снега)
• c1 = 2100 Дж/кг·°C (удельная теплоёмкость снега)
• ΔT1 = 0 °C - (-10 °C) = 10 °C

Подставляем значения:

Q1 = 104 кг * 2100 Дж/кг·°C * 10 °C = 2184000 Дж

Шаг 2: Плавление снега

Далее, необходимо расплавить снег, используя удельную теплоту плавления:

Q2 = m * X

• X = 330000 Дж/кг (удельная теплота плавления снега)

Подставляем значения:

Q2 = 104 кг * 330000 Дж/кг = 34320000 Дж

Шаг 3: Нагревание воды до 11 °C

Теперь необходимо нагреть полученную воду от 0 °C до 11 °C:

Q3 = m * c2 * ΔT2

• c2 = 4200 Дж/кг·°C (удельная теплоёмкость воды)
• ΔT2 = 11 °C - 0 °C = 11 °C

Подставляем значения:

Q3 = 104 кг * 4200 Дж/кг·°C * 11 °C = 4804800 Дж

Шаг 4: Общая теплота

Теперь суммируем все полученные значения теплоты:

Q_total = Q1 + Q2 + Q3

Q_total = 2184000 Дж + 34320000 Дж + 4804800 Дж = 41668800 Дж

Шаг 5: Определение необходимого количества дров

С учетом КПД паровой машины (КПД = 35 %), необходимо учитывать, что только 35 % энергии от сжигаемых дров будет использовано для нагрева:

Q_needed = Q_total / КПД

Q_needed = 41668800 Дж / 0.35 = 119052286 Дж

Шаг 6: Расчет массы дров

Теперь мы можем рассчитать массу дров, которую нужно сжечь:

m_drov = Q_needed / q

• q = 10 * 10^6 Дж/кг (удельная теплота сгорания дров)

Подставляем значения:

m_drov = 119052286 Дж / (10 * 10^6 Дж/кг) = 11.9052286 кг

Ответ: Округляя до десятых, получаем, что необходимо сжечь 11.9 кг дров.