Какую массу спирта нужно сжечь, чтобы растопить лед массой 2 кг при температуре -5 градусов и превратить в пар воду массой 1 кг, если КПД спиртовки составляет 30%? Удельная теплота сгорания спирта равна 27 МДж/кг, удельная теплота плавления льда - 333000 Дж/кг, удельная теплота парообразования воды - 2300000 Дж/кг, а удельная теплоемкость льда - 2100 Дж/кг*градусов.

Физика 9 класс Теплообмен и теплота масса спирта растопить лёд температура -5 градусов КПД спиртовки удельная теплота сгорания удельная теплота плавления удельная теплота парообразования теплоемкость льда Новый

Чтобы определить, какую массу спирта нужно сжечь, мы сначала рассчитаем, сколько энергии необходимо для выполнения всех этапов процесса: растопление льда, нагревание полученной воды до 100 градусов и превращение воды в пар.

Шаг 1: Расчет энергии, необходимой для растопления льда

Для растопления льда массой 2 кг необходимо использовать удельную теплоту плавления льда. Формула для расчета энергии (Q1) выглядит так:

Q1 = m_лед * L_плавления

где:

• m_лед = 2 кг (масса льда)
• L_плавления = 333000 Дж/кг (удельная теплота плавления льда)

Подставим значения:

Q1 = 2 кг * 333000 Дж/кг = 666000 Дж

Шаг 2: Расчет энергии, необходимой для нагрева воды

Теперь нужно нагреть полученную воду (масса 2 кг) от 0 до 100 градусов. Для этого используем удельную теплоемкость воды (которая равна 4200 Дж/кг*градусов). Формула для расчета энергии (Q2) выглядит так:

Q2 = m_вода c_вода (T_конечная - T_начальная)

где:

• m_вода = 2 кг
• c_вода = 4200 Дж/кг*градусов
• T_конечная = 100 градусов
• T_начальная = 0 градусов

Подставим значения:

Q2 = 2 кг 4200 Дж/кгградусов * (100 - 0) = 840000 Дж

Шаг 3: Расчет энергии, необходимой для превращения воды в пар

Теперь нужно превратить 2 кг воды в пар, используя удельную теплоту парообразования воды. Формула для расчета энергии (Q3) будет следующей:

Q3 = m_вода * L_парообразования

где:

• L_парообразования = 2300000 Дж/кг

Подставим значения:

Q3 = 2 кг * 2300000 Дж/кг = 4600000 Дж

Шаг 4: Общая энергия, необходимая для всего процесса

Теперь мы можем сложить все полученные значения, чтобы найти общую энергию (Q_общая):

Q_общая = Q1 + Q2 + Q3

Подставим значения:

Q_общая = 666000 Дж + 840000 Дж + 4600000 Дж = 6006000 Дж

Шаг 5: Учет КПД спиртовки

Поскольку КПД спиртовки составляет 30%, это означает, что только 30% энергии, полученной от сгорания спирта, будет использовано для нагрева. Поэтому, чтобы найти необходимую энергию, которую нужно получить от сжигания спирта, мы делим общую энергию на КПД:

E_необходимая = Q_общая / КПД

КПД в десятичной форме равен 0.3, следовательно:

E_необходимая = 6006000 Дж / 0.3 = 20020000 Дж

Шаг 6: Расчет массы спирта

Теперь мы можем рассчитать, сколько массы спирта нужно сжечь, зная, что удельная теплота сгорания спирта составляет 27 МДж/кг или 27000000 Дж/кг. Формула для расчета массы спирта (m_спирта) будет следующей:

m_спирта = E_необходимая / L_сгорания

Подставим значения:

m_спирта = 20020000 Дж / 27000000 Дж/кг ≈ 0.741 кг

Ответ: Для растопления 2 кг льда при -5 градусах и превращения 1 кг воды в пар необходимо сжечь примерно 0.741 кг спирта.