Какую массу каменного угля нужно сжечь, чтобы поднять температуру 10 тонн чугуна с 10 градусов до температуры плавления в печи с КПД 30%? Удельная теплоемкость чугуна известна.

Физика 8 класс Теплообмен и теплота сгорания масса каменного угля температура плавления чугуна удельная теплоёмкость КПД печи физика 8 класс Новый

Чтобы решить эту задачу, нам нужно выполнить несколько шагов, включая вычисление необходимого количества тепла для нагрева чугуна и определение массы каменного угля, которую нужно сжечь с учетом КПД печи.

Шаг 1: Определение необходимого тепла для нагрева чугуна

У нас есть 10 тонн чугуна, и мы хотим поднять его температуру с 10 градусов Цельсия до температуры плавления чугуна, которая составляет примерно 1538 градусов Цельсия. Удельная теплоемкость чугуна обозначается как c и равна примерно 0.46 Дж/(г·°C).

Сначала переведем массу чугуна в граммы:

• 10 тонн = 10 000 кг = 10 000 000 г

Теперь найдем разницу температур:

• ΔT = 1538 °C - 10 °C = 1528 °C

Теперь можем рассчитать количество тепла Q, необходимого для нагрева чугуна, используя формулу:

Q = m * c * ΔT

• где m - масса (в граммах),
• c - удельная теплоемкость,
• ΔT - изменение температуры.

Подставим наши значения:

• Q = 10 000 000 г * 0.46 Дж/(г·°C) * 1528 °C
• Q = 10 000 000 * 0.46 * 1528 = 70 000 000 000 Дж

Шаг 2: Учет КПД печи

Поскольку КПД печи составляет 30%, это означает, что только 30% энергии, получаемой от сжигания угля, используется для нагрева чугуна. Таким образом, нам нужно больше энергии, чем мы рассчитали:

• Q_полное = Q / КПД
• Q_полное = 70 000 000 000 Дж / 0.3 = 233 333 333 333 Дж

Шаг 3: Определение массы каменного угля

Теперь нам нужно узнать, сколько энергии выделяется при сжигании 1 кг каменного угля. Обычно это значение составляет около 24 МДж/кг (24 000 000 Дж/кг).

Теперь можем рассчитать массу угля m:

• m = Q_полное / энергия на 1 кг угля
• m = 233 333 333 333 Дж / 24 000 000 Дж/кг
• m ≈ 9720 кг

Ответ: Для того чтобы поднять температуру 10 тонн чугуна с 10 градусов до температуры плавления, необходимо сжечь примерно 9720 кг каменного угля с учетом КПД печи 30%.