Сколько дров необходимо сжечь в печке, имеющей КПД 40%, чтобы преобразовать 20 кг льда, находящегося при температуре -10 С, в воду при температуре 60 С?

Физика 9 класс Тепловые процессы КПД печки сжигание дров преобразование льда в воду физические расчеты температура льда температура воды количество дров теплоемкость воды энергия для нагрева физика 9 класс Новый

Для решения этой задачи нам необходимо рассчитать количество тепла, которое нужно затратить для преобразования льда в воду, и затем определить, сколько дров нужно сжечь, учитывая КПД печки.

Шаг 1: Расчет тепла, необходимого для нагрева льда до 0°C.

• Масса льда (m) = 20 кг.
• Удельная теплоемкость льда (c_лед) = 2,1 кДж/(кг·°C).
• Температура льда (t_нач) = -10°C, конечная температура (t_конеч) = 0°C.

Используем формулу:

Q1 = m * c_лед * (t_конеч - t_нач)

Q1 = 20 кг * 2,1 кДж/(кг·°C) * (0 - (-10))

Q1 = 20 * 2,1 * 10 = 420 кДж.

Шаг 2: Расчет тепла, необходимого для плавления льда.

• Скрытая теплота плавления льда (L_плав) = 334 кДж/кг.

Используем формулу:

Q2 = m * L_плав

Q2 = 20 кг * 334 кДж/кг = 6680 кДж.

Шаг 3: Расчет тепла, необходимого для нагрева воды от 0°C до 60°C.

• Удельная теплоемкость воды (c_вода) = 4,2 кДж/(кг·°C).

Используем формулу:

Q3 = m * c_вода * (t_конеч - t_нач)

Q3 = 20 кг * 4,2 кДж/(кг·°C) * (60 - 0)

Q3 = 20 * 4,2 * 60 = 5040 кДж.

Шаг 4: Общая энергия, необходимая для преобразования льда в воду.

Q_общ = Q1 + Q2 + Q3

Q_общ = 420 кДж + 6680 кДж + 5040 кДж = 12140 кДж.

Шаг 5: Учет КПД печки.

• КПД печки = 40% = 0,4.

Чтобы найти количество энергии, которое нужно сжечь, мы делим общую энергию на КПД:

Q_необходимая = Q_общ / КПД

Q_необходимая = 12140 кДж / 0,4 = 30350 кДж.

Шаг 6: Расчет количества дров.

• Предположим, что 1 кг дров дает 15 кДж энергии.

Теперь мы можем вычислить, сколько дров нам нужно:

Количество дров = Q_необходимая / Энергия от 1 кг дров

Количество дров = 30350 кДж / 15 кДж/кг = 2023,33 кг.

Ответ: Нам необходимо сжечь примерно 2024 кг дров, чтобы преобразовать 20 кг льда при -10°C в воду при 60°C с учетом КПД печки в 40%.