Какую максимальную температуру можно достичь для 2 л воды в алюминиевом чайнике массой 500 г, если изначальная температура воды составляет 18°С, а для нагрева используется энергия, полученная при сжигании 30 г природного газа с КПД горелки 50%?

Физика 8 класс Термодинамика максимальная температура воды алюминиевый чайник сжигание природного газа КПД горелки нагрев воды физика 8 класс расчет температуры воды Новый

Чтобы решить эту задачу, нам нужно рассмотреть несколько шагов. Мы будем использовать формулы для расчета тепла, которое можно получить от сжигания газа, и затем определить, сколько этого тепла потребуется для нагрева воды и чайника.

Шаг 1: Определим, сколько энергии можно получить от сжигания газа.

Сначала нам нужно знать, сколько энергии выделяется при сжигании природного газа. Обычно считается, что 1 грамм природного газа выделяет примерно 34 МДж (мегаджоуля) энергии. Поэтому для 30 г газа мы можем рассчитать общее количество энергии:

• Энергия = 30 г * 34 МДж/г = 1020 МДж

Однако, так как КПД горелки составляет 50%, то фактическая энергия, которая будет использована для нагрева, составит:

• Энергия, использованная для нагрева = 1020 МДж * 0.5 = 510 МДж

Шаг 2: Рассчитаем, сколько тепла нужно для нагрева воды и чайника.

Теперь мы должны рассчитать, сколько тепла требуется для нагрева 2 литров воды и 500 г алюминия (чайника) с 18°С до максимальной температуры.

Для воды используем формулу:

• Q_вода = m_вода * c_вода * ΔT

где:

• m_вода = 2 кг (поскольку 1 литр воды = 1 кг)
• c_вода = 4.186 кДж/(кг·°С) (удельная теплоемкость воды)
• ΔT = T_max - T_нач (максимальная температура - начальная температура)

Для алюминия:

• Q_алюминий = m_алюминий * c_алюминий * ΔT

где:

• m_алюминий = 0.5 кг
• c_алюминий = 0.9 кДж/(кг·°С) (удельная теплоемкость алюминия)

Шаг 3: Составим уравнение для общего количества тепла.

Общее количество тепла, необходимое для нагрева воды и чайника, будет равно:

• Q_общ = Q_вода + Q_алюминий

Подставим выражения для Q_вода и Q_алюминий:

• Q_общ = m_вода * c_вода * (T_max - 18) + m_алюминий * c_алюминий * (T_max - 18)

Теперь мы знаем, что Q_общ должно быть равно 510 МДж. Подставляем все известные значения:

• 510 = 2 * 4.186 * (T_max - 18) + 0.5 * 0.9 * (T_max - 18)

Шаг 4: Решим уравнение для T_max.

Сначала упростим уравнение:

• 510 = (8.372 + 0.45) * (T_max - 18)
• 510 = 8.822 * (T_max - 18)

Теперь решим это уравнение:

• T_max - 18 = 510 / 8.822
• T_max - 18 ≈ 57.8
• T_max ≈ 75.8°С

Ответ: Максимальная температура, которую можно достичь, составляет примерно 75.8°С.