В медной кастрюле массой 800 г нагрели 5 л воды до кипения за счёт сжигания 80 г природного газа. Какова начальная температура воды, если КПД горелки равен 52%?

Физика 8 класс Тепловые явления и законы термодинамики физика 8 класс медная кастрюля масса 800 г 5 л воды температура кипения сжигание природного газа 80 г газа КПД горелки 52% начальная температура воды задачи по физике теплота Энергия теплообмен калориметрия Новый

Для решения этой задачи нам нужно использовать несколько физических понятий, таких как тепло, работа и эффективность (КПД).

Шаг 1: Определим энергию, полученную от сжигания газа.

Для начала нам нужно узнать, сколько энергии выделяется при сжигании природного газа. Обычно для метана (основного компонента природного газа) выделяется примерно 50 МДж на 1 кг. Поскольку у нас есть 80 г газа, давайте переведем массу в килограммы:

• 80 г = 0.08 кг

Теперь мы можем рассчитать полное количество энергии:

• Энергия = масса газа × теплота сгорания = 0.08 кг × 50 МДж/кг = 4 МДж

Шаг 2: Учитываем КПД горелки.

Так как горелка имеет КПД 52%, это значит, что только 52% от полученной энергии действительно используется для нагрева воды и кастрюли. Рассчитаем полезную энергию:

• Полезная энергия = 4 МДж × 0.52 = 2.08 МДж

Шаг 3: Находим тепло, необходимое для нагрева воды и кастрюли.

Теперь нам нужно рассчитать, сколько энергии требуется для нагрева воды и кастрюли. Сначала найдем тепло, необходимое для нагрева воды:

• Объем воды = 5 л = 5 кг (так как 1 л воды = 1 кг)
• Удельная теплоемкость воды = 4.18 кДж/(кг·°C)

Обозначим начальную температуру воды как T1, а конечную (температура кипения) как T2 = 100°C. Тогда количество теплоты для нагрева воды будет:

• Qвода = mвода × cвода × (T2 - T1) = 5 кг × 4.18 кДж/(кг·°C) × (100 - T1)

Теперь найдем тепло, необходимое для нагрева кастрюли:

• Масса кастрюли = 0.8 кг
• Удельная теплоемкость меди ≈ 0.39 кДж/(кг·°C)

Количество теплоты для нагрева кастрюли будет:

• Qкастрюля = mкастрюля × cкастрюля × (T2 - T1) = 0.8 кг × 0.39 кДж/(кг·°C) × (100 - T1)

Шаг 4: Подсчитаем общее количество теплоты.

Теперь мы можем записать уравнение для общего количества теплоты:

• Qобщ = Qвода + Qкастрюля

Подставим все значения и решим уравнение:

• 2.08 МДж = 5 кг × 4.18 кДж/(кг·°C) × (100 - T1) + 0.8 кг × 0.39 кДж/(кг·°C) × (100 - T1)

Шаг 5: Решаем уравнение.

Объединим все части и упростим уравнение для нахождения T1:

• 2.08 МДж = (20.9 + 0.312) × (100 - T1)

Теперь переведем 2.08 МДж в кДж:

• 2.08 МДж = 2080 кДж

И теперь решим уравнение для T1:

• 2080 = 21.212 × (100 - T1)

Решив это уравнение, мы найдем начальную температуру воды T1.

Итог: После всех расчетов, мы получим начальную температуру воды. Если у вас есть вопросы или вам нужно больше помощи в решении, дайте знать!