Сколько каменного угля нужно, чтобы полностью расплавить железную болванку массой 15 кг, если начальная температура болванки равна +20 градусов?

Физика 8 класс Температура и теплообмен каменный уголь расплавить железную болванку масса 15 кг температура 20 градусов физика 8 класс Новый

Для решения этой задачи нам нужно рассмотреть несколько шагов, связанных с теплотой, необходимой для нагрева и плавления железа. Мы будем использовать следующие данные:

• Удельная теплоемкость железа (c): примерно 0,45 Дж/(г·°C).
• Температура плавления железа: около 1538°C.
• Удельная теплота плавления железа (L): примерно 270 кДж/кг.
• Теплота сгорания каменного угля: примерно 30 МДж/кг.

Теперь давайте разберем, сколько тепла нужно для нагрева и плавления железной болванки.

1. Нагрев болванки:

   Сначала мы должны нагреть болванку от начальной температуры 20°C до температуры плавления 1538°C. Для этого используем формулу:

   Q1 = m * c * ΔT

   где:

   • Q1 - количество теплоты, необходимое для нагрева;
   • m - масса болванки (15 кг);
   • c - удельная теплоемкость железа (0,45 Дж/(г·°C), что равно 450 Дж/(кг·°C));
   • ΔT - изменение температуры (1538°C - 20°C = 1518°C).

   Теперь подставим значения:

   Q1 = 15 кг * 450 Дж/(кг·°C) * 1518°C = 1 020 300 Дж = 1020,3 кДж.

2. Плавление болванки:

   Теперь нам нужно рассчитать количество теплоты, необходимое для плавления железа:

   Q2 = m * L

   где:

   • Q2 - количество теплоты, необходимое для плавления;
   • L - удельная теплота плавления (270 кДж/кг).

   Подставляем значения:

   Q2 = 15 кг * 270 кДж/кг = 4050 кДж.

3. Общее количество теплоты:

   Теперь мы можем найти общее количество теплоты, необходимое для нагрева и плавления болванки:

   Q = Q1 + Q2 = 1020,3 кДж + 4050 кДж = 5070,3 кДж.

4. Количество угля:

   Теперь, зная, что теплота сгорания каменного угля составляет 30 МДж/кг (или 30000 кДж/кг), мы можем найти массу угля:

   m_угля = Q / теплота сгорания угля = 5070,3 кДж / 30000 кДж/кг.

   m_угля ≈ 0,169 кГ = 169 г.

Ответ: Для полного расплавления железной болванки массой 15 кг при начальной температуре +20°C необходимо около 169 граммов каменного угля.