Какое количество каменного угля нужно, чтобы 10 кг льда, находящегося при температуре -5 °C, превратить в воду с температурой 5 °C?

Физика Колледж Тепловые явления количество каменного угля 10 кг льда температура -5 °C вода 5 °C превращение льда в воду Новый

Для решения этой задачи нам нужно рассчитать количество тепла, необходимого для превращения льда в воду и повышения температуры воды до 5 °C, а затем определить, сколько каменного угля потребуется для выделения этого количества тепла.

Шаги решения:

1. Определение необходимых этапов для нагрева льда:
   • Нагрев льда от -5 °C до 0 °C.
   • Плавление льда при 0 °C в воду.
   • Нагрев полученной воды от 0 °C до 5 °C.
2. Расчет тепла, необходимого для каждого этапа:
   • 1. Нагрев льда от -5 °C до 0 °C:

     Используем формулу Q = mcΔT, где:

     • m = 10 кг (масса льда)
     • c = 2,1 кДж/(кг·°C) (удельная теплоемкость льда)
     • ΔT = 0 - (-5) = 5 °C (изменение температуры)

     Q1 = 10 * 2,1 * 5 = 105 кДж.

   • 2. Плавление льда при 0 °C:

     Используем формулу Q = mL, где:

     • L = 334 кДж/кг (теплота плавления льда)

     Q2 = 10 * 334 = 3340 кДж.

   • 3. Нагрев воды от 0 °C до 5 °C:

     Используем ту же формулу Q = mcΔT, но для воды:

     • m = 10 кг (масса воды)
     • c = 4,2 кДж/(кг·°C) (удельная теплоемкость воды)
     • ΔT = 5 - 0 = 5 °C (изменение температуры)

     Q3 = 10 * 4,2 * 5 = 210 кДж.

3. Суммируем все полученные количества теплоты:

   Общее количество теплоты Q = Q1 + Q2 + Q3:

   Q = 105 + 3340 + 210 = 3655 кДж.

4. Определение количества каменного угля:

   Теперь нам нужно узнать, сколько угля нужно сжечь, чтобы получить 3655 кДж. Обычно, при сгорании 1 кг каменного угля выделяется примерно 29,3 МДж (или 29300 кДж).

   Используем формулу:

   m = Q / Qугля, где:

   • Q = 3655 кДж
   • Qугля = 29300 кДж/кг

   m = 3655 / 29300 ≈ 0,124 кг.

Ответ: Для превращения 10 кг льда, находящегося при температуре -5 °C, в воду с температурой 5 °C, необходимо сжечь примерно 0,124 кг каменного угля.