Какой расход керосина потребуется для нагрева 4 литров воды и алюминиевой кастрюли массой 2 кг до температуры кипения, если КПД нагревателя составляет 40% и начальная температура составляет 20 градусов?

Физика 8 класс Тепловые явления расход керосина нагрев воды алюминиевая кастрюля температура кипения КПД нагревателя начальная температура физика 8 класс теплообмен расчет энергии теплоемкость воды нагревание физические задачи Новый

Для решения этой задачи нам нужно рассчитать, сколько керосина потребуется для нагрева 4 литров воды и алюминиевой кастрюли до температуры кипения. Начнем с определения необходимых величин и формул.

Шаг 1: Определим параметры задачи

• Объем воды (V) = 4 литра
• Масса алюминиевой кастрюли (mк) = 2 кг
• Начальная температура (t1) = 20 градусов Цельсия
• Конечная температура (t2) = 100 градусов Цельсия (температура кипения воды)
• Коэффициент полезного действия (КПД) = 40% = 0.4

Шаг 2: Рассчитаем массу воды (mв)

Поскольку плотность воды примерно равна 1000 кг/м³, мы можем найти массу воды:

mв = плотность воды * объем воды = 1000 кг/м³ * 4 литра = 4 кг.

Шаг 3: Рассчитаем количество теплоты (Q) для нагрева воды и кастрюли

Формула для расчета количества теплоты выглядит так:

Q = Св * mв * (t2 - t1) + Са * mк * (t2 - t1),

где:

• Св = удельная теплоемкость воды = 4200 Дж/(кг*°C)
• Са = удельная теплоемкость алюминия = 880 Дж/(кг*°C)

Теперь подставим значения:

Q = 4200 Дж/(кг*°C) * 4 кг * (100 - 20) + 880 Дж/(кг*°C) * 2 кг * (100 - 20).

Посчитаем:

• Для воды: 4200 * 4 * 80 = 1344000 Дж
• Для кастрюли: 880 * 2 * 80 = 140800 Дж

Теперь сложим оба значения:

Q = 1344000 + 140800 = 1484800 Дж.

Шаг 4: Рассчитаем количество теплоты, которое может предоставить керосин

Для этого используем формулу:

Qз = r * m(керосина),

где r = 40.8 * 10^6 Дж/кг – это тепло, выделяемое при сжигании 1 кг керосина.

Шаг 5: Учитываем КПД нагревателя

Из-за КПД нагревателя нам нужно большее количество тепла, чем Q:

Qпол = Q / КПД.

Теперь подставим значение:

Qпол = 1484800 Дж / 0.4 = 3712000 Дж.

Шаг 6: Найдем массу керосина

Теперь можем найти массу керосина:

m(керосина) = Qпол / r.

Подставляем значения:

m(керосина) = 3712000 Дж / (40.8 * 10^6 Дж/кг) = 0.0909 кг.

Шаг 7: Переведем массу в граммы

0.0909 кг = 90.9 г (приблизительно 91 г).

Ответ: Для нагрева 4 литров воды и алюминиевой кастрюли до температуры кипения потребуется примерно 91 грамм керосина.