Какой объем керосина нужен для нагрева 4 литров воды в алюминиевой кастрюле весом 2 кг до температуры кипения, если КПД нагревателя равен 40%, а начальная температура воды и кастрюли составляет 20 градусов?

Физика 9 класс Тепловые явления объем керосина нагрев воды КПД нагревателя температура кипения физика 9 класс алюминиевая кастрюля начальная температура расчет объема топлива Новый

Чтобы рассчитать объем керосина, необходимый для нагрева 4 литров воды и алюминиевой кастрюли до температуры кипения, следуем следующим шагам:

Шаг 1: Определим нужное количество теплоты для нагрева воды.

Температура кипения воды составляет 100 градусов Цельсия. Начальная температура воды — 20 градусов. Таким образом, разница температур (ΔT) будет:

• ΔT = 100 - 20 = 80 градусов Цельсия.

Количество теплоты (Q) для нагрева воды можно рассчитать по формуле:

• Q = m * c * ΔT,

где:

• m — масса воды (в кг),
• c — удельная теплоемкость воды (принимаем 4,18 кДж/(кг·°C)),
• ΔT — изменение температуры.

Так как 1 литр воды весит 1 кг, масса 4 литров воды будет:

• m = 4 кг.

Теперь подставим значения в формулу:

• Q = 4 * 4,18 * 80 = 1337,6 кДж.

Шаг 2: Определим нужное количество теплоты для нагрева кастрюли.

Кастрюля весит 2 кг. Удельная теплоемкость алюминия составляет примерно 0,9 кДж/(кг·°C). Теперь рассчитаем количество теплоты для нагрева кастрюли:

• Q_кастр = m_кастр * c_кастр * ΔT,

где:

• m_кастр = 2 кг,
• c_кастр = 0,9 кДж/(кг·°C).

Теперь подставим значения:

• Q_кастр = 2 * 0,9 * 80 = 144 кДж.

Шаг 3: Найдем общее количество теплоты.

Теперь сложим количество теплоты для воды и кастрюли:

• Q_общ = Q + Q_кастр = 1337,6 + 144 = 1481,6 кДж.

Шаг 4: Учитываем КПД нагревателя.

Поскольку КПД нагревателя равен 40%, это значит, что только 40% энергии, получаемой от сжигания керосина, будет использовано для нагрева. Таким образом, необходимое количество теплоты от керосина (Q_керосин) будет:

• Q_керосин = Q_общ / КПД = 1481,6 / 0,4 = 3704 кДж.

Шаг 5: Рассчитаем объем керосина.

Энергия, выделяемая при сжигании керосина, составляет примерно 42,5 МДж/кг. Для того чтобы найти массу керосина (m_керосин), используем формулу:

• m_керосин = Q_керосин / (энергия сгорания керосина) = 3704 / 42500 = 0,087 кг.

Теперь, зная, что плотность керосина составляет примерно 800 кг/м³, можем найти объем керосина (V_керосин):

• V_керосин = m_керосин / плотность = 0,087 / 0,8 = 0,109 м³.

Переведем объем в литры:

• V_керосин = 0,109 * 1000 = 109 литров.

Ответ: Для нагрева 4 литров воды в алюминиевой кастрюле до кипения потребуется примерно 109 литров керосина.