Сколько килограмм дров необходимо сжечь в печке с КПД 20%, чтобы из 250 кг снега, взятого при температуре -15 градусов, получить воду при температуре 40 градусов?

Физика Колледж Тепловые явления КПД печки количество дров снег в воду температура снега нагрев воды физика расчет тепла количество тепла изменение температуры сжигание дров Новый

Для решения этой задачи нам нужно рассмотреть несколько этапов, связанных с физическими процессами, которые происходят при нагревании снега до воды.

Шаг 1: Определение количества теплоты, необходимого для нагрева снега.

Сначала мы должны рассчитать, сколько теплоты нужно, чтобы нагреть 250 кг снега с -15 градусов до 0 градусов (температура плавления).

• Для этого используем формулу: Q1 = m * c * ΔT, где:
• m - масса снега (250 кг),
• c - удельная теплоемкость снега (примерно 2,1 кДж/(кг·°C)),
• ΔT - изменение температуры (0 - (-15) = 15 °C).

Подставляем значения:

Q1 = 250 * 2,1 * 15 = 7875 кДж.

Шаг 2: Определение количества теплоты, необходимого для плавления снега.

Теперь вычислим, сколько теплоты необходимо для плавления 250 кг снега в воду.

• Используем формулу: Q2 = m * L, где:
• L - удельная теплота плавления льда (примерно 334 кДж/кг).

Подставляем значения:

Q2 = 250 * 334 = 83500 кДж.

Шаг 3: Определение количества теплоты, необходимого для нагрева воды.

Теперь нам нужно нагреть полученную воду с 0 до 40 градусов.

• Используем формулу: Q3 = m * c * ΔT, где:
• c - удельная теплоемкость воды (примерно 4,18 кДж/(кг·°C)),
• ΔT - изменение температуры (40 - 0 = 40 °C).

Подставляем значения:

Q3 = 250 * 4,18 * 40 = 41700 кДж.

Шаг 4: Суммирование всех количеств теплоты.

Теперь мы можем найти общее количество теплоты, необходимое для нагрева снега до воды при 40 градусах:

Q_total = Q1 + Q2 + Q3 = 7875 + 83500 + 41700 = 133075 кДж.

Шаг 5: Учет КПД печки.

Поскольку КПД печки равен 20%, это означает, что только 20% энергии, выделяемой при сжигании дров, идет на нагрев. Таким образом, нам нужно больше энергии, чтобы учесть этот КПД.

Расчитаем количество теплоты, которое нужно получить от дров:

Q_needed = Q_total / КПД = 133075 / 0.2 = 665375 кДж.

Шаг 6: Рассчет массы дров.

Теперь мы должны определить, сколько дров нужно сжечь, чтобы получить это количество теплоты. Для этого нам нужно знать, сколько теплоты выделяется при сжигании дров.

• Приблизительно, сжигание 1 кг дров дает около 15 кДж.

Теперь можем найти массу дров:

m_wood = Q_needed / Q_per_kg = 665375 / 15 = 44358,33 кг.

Ответ: Таким образом, для нагрева 250 кг снега до воды при 40 градусах необходимо сжечь примерно 44358 кг дров.