Какое количество каменного угля нужно для плавления 2 кг железа, если его начальная температура 35 градусов Цельсия и КПД печи составляет 40%?

Физика 9 класс Тепловые явления количество каменного угля плавление железа температура 35 градусов КПД печи 40% Новый

Чтобы рассчитать, какое количество каменного угля нужно для плавления 2 кг железа, нам нужно выполнить несколько шагов. Давайте разберем их по порядку.

Шаг 1: Определение необходимого количества энергии для плавления железа

Для начала нам нужно узнать, сколько энергии потребуется для плавления 2 кг железа. Для этого используем формулу:

Q = m * L

где:

• Q - количество энергии (в джоулях),
• m - масса железа (в кг),
• L - скрытая теплота плавления железа (в Дж/кг).

Скрытая теплота плавления железа составляет примерно 270 кДж/кг. Преобразуем это значение в джоули:

L = 270 * 1000 = 270000 Дж/кг

Теперь подставим значения в формулу:

Q = 2 кг * 270000 Дж/кг = 540000 Дж

Шаг 2: Учет начальной температуры

Теперь нам нужно учесть, что железо имеет начальную температуру 35 градусов Цельсия, а его температура плавления составляет 1538 градусов Цельсия. Мы должны нагреть железо до этой температуры перед плавлением.

Для этого используем формулу:

Q1 = m * c * ΔT

где:

• Q1 - количество энергии для нагрева (в джоулях),
• c - удельная теплоемкость железа (примерно 460 Дж/(кг·°C)),
• ΔT - изменение температуры (в °C).

ΔT = 1538 - 35 = 1503 °C

Теперь подставим значения:

Q1 = 2 кг * 460 Дж/(кг·°C) * 1503 °C = 1380000 Дж

Шаг 3: Общее количество энергии

Теперь складываем оба количества энергии:

Q_total = Q + Q1 = 540000 Дж + 1380000 Дж = 1920000 Дж

Шаг 4: Учет КПД печи

КПД печи составляет 40%, что означает, что только 40% энергии, которую мы получаем от сжигания угля, используется для нагрева и плавления железа. Таким образом, нам нужно больше энергии:

Q_required = Q_total / КПД = 1920000 Дж / 0.4 = 4800000 Дж

Шаг 5: Определение количества угля

Теперь нужно выяснить, сколько энергии дает 1 кг каменного угля. Обычно, при сжигании каменного угля, можно получить около 24 МДж/кг (или 24000000 Дж/кг).

Теперь можем рассчитать, сколько угля нам нужно:

m_угля = Q_required / энергия_угля = 4800000 Дж / 24000000 Дж/кг = 0.2 кг

Ответ: Для плавления 2 кг железа при начальной температуре 35 градусов Цельсия и КПД печи 40% потребуется около 0.2 кг каменного угля.