Сколько спирта необходимо сжечь, чтобы расплавить 2 кг льда при температуре -5°С и превратить 1 кг полученной воды в пар, учитывая, что КПД спиртовки составляет 40%? Удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг×°С, удельная теплота плавления льда - 3,4 × 10^5 Дж/кг, температура плавления льда - 0°С, а удельная теплота сгорания спирта - 26 МДж/кг?

Физика 11 класс Термодинамика спирт плавление льда теплоемкость воды КПД спиртовки сгорание спирта расчет тепла физика 11 класс удельная теплота плавления превращение воды в пар задачи по физике Новый

Для решения данной задачи необходимо рассчитать, сколько энергии потребуется для выполнения всех этапов: нагрева льда, его плавления и превращения воды в пар. Затем, зная КПД спиртовки, можно определить, сколько спирта нужно сжечь для получения этой энергии.

Шаг 1: Нагрев льда от -5°С до 0°С

Для нагрева 2 кг льда от -5°С до 0°С используем формулу для расчета количества теплоты:

Q1 = m c ΔT

где:

• m = 2 кг (масса льда),
• c = 2100 Дж/(кг·°С) (удельная теплоемкость льда),
• ΔT = 0°С - (-5°С) = 5°С (изменение температуры).

Подставляем значения:

Q1 = 2 кг 2100 Дж/(кг·°С) 5°С = 21000 Дж.

Шаг 2: Плавление льда

Теперь рассчитаем количество теплоты, необходимое для плавления льда:

Q2 = m * L

где:

• L = 3,4 × 10^5 Дж/кг (удельная теплота плавления льда).

Подставляем значения:

Q2 = 2 кг * 3,4 × 10^5 Дж/кг = 680000 Дж.

Шаг 3: Нагрев воды от 0°С до 100°С

Теперь нужно нагреть 2 кг воды от 0°С до 100°С:

Q3 = m c ΔT

где:

• c = 4200 Дж/(кг·°С) (удельная теплоемкость воды),
• ΔT = 100°С - 0°С = 100°С.

Подставляем значения:

Q3 = 2 кг 4200 Дж/(кг·°С) 100°С = 840000 Дж.

Шаг 4: Превращение воды в пар

Теперь рассчитаем количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг воды в пар:

Q4 = m * L

где:

• L = 2,26 × 10^6 Дж/кг (удельная теплота парообразования воды).

Подставляем значения:

Q4 = 1 кг * 2,26 × 10^6 Дж/кг = 2260000 Дж.

Шаг 5: Общая энергия

Теперь суммируем все полученные количества теплоты:

Q_total = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 Q_total = 21000 Дж + 680000 Дж + 840000 Дж + 2260000 Дж = 3880000 Дж.

Шаг 6: Учет КПД спиртовки

КПД спиртовки составляет 40%, следовательно, для получения 3880000 Дж энергии необходимо учесть этот КПД:

E_needed = Q_total / КПД E_needed = 3880000 Дж / 0,4 = 9700000 Дж.

Шаг 7: Расчет массы спирта

Теперь можем рассчитать, сколько спирта необходимо сжечь. Удельная теплота сгорания спирта составляет 26 МДж/кг, что равно 26000000 Дж/кг.

m_spirit = E_needed / L_spirit m_spirit = 9700000 Дж / 26000000 Дж/кг ≈ 0,373 кг.

Ответ: Для расплавления 2 кг льда при температуре -5°С и превращения 1 кг полученной воды в пар необходимо сжечь примерно 0,373 кг спирта.