Question

Помогите с задачей по физике с дано и решением даю 10 баллов пж. Вы пришли в нетопленую баню (исходная температура -24градуса Цельсия), где стоит в 8-ми литровом ведре лёд. Сколько дров надо истратить, чтобы изо льда получить горячую воду с температурой 50 градусов Цельсия. КПД процесса 8%.

Answer 1

Дано:

t1 = -24 °C

t2 = 0 °C

t3 = 50 °C

V = 8 л

n = 8%

р льда = 900 кг/м³

с льда = 2100 Дж/кг•°С

Л льда = 330 кДж/кг = 330 000 Дж/кг

p воды = 1000 кг/м³

с воды = 4200 Дж/кг•°С

q дров = 10 МДж/кг = 10 000 000 Дж/кг

Найти:

m дров = ? кг

Решение:

Сначала нужно нагреть лёд до 0 °С, предварительно узнав массу льда:

V = литры / 1000

m = p*V

Q1 = c льда *m льда *|t2 - t1| = с льда * р льда * V льда * |t2 - t1| = 2100 * 900 * 8/1000 * |0 - (-24)| = 210 * 9 * 8 * 24 = 362 880 Дж

Далее нужно расплавить лёд:

Q2 = Л льда * m льда = Л льда * p льда * V льда = 330 000 * 900 * 8/1000 = 33 000 * 9 * 8 = 2 376 000 Дж

Теперь остаётся только нагреть получившуюся воду:

Q3 = c воды * m воды * |t3 - t2| = с воды * р воды * V воды * |t3 - t2| = 4200 * 1000 * 8/1000 * |50 - 0| = 4200 * 8 * 50 = 1 680 000 Дж

Теперь выясним количество затраченной энергии с учётом КПД:

n = Q полезная / Q затраченная * 100%

Q затраченная = Q полезная / n * 100%

Q полезная = Q1 + Q2 + Q3

Q затраченная = (Q1 + Q2 + Q3) / n * 100% = (362 880 + 2 376 000 + 1 680 000) / 8 * 100 = 441 888 000 / 8 = 55 236 000 Дж

Остаётся выяснить, сколько кг дров было затрачено на всё это:

Q затраченная = q дров * m дров

m дров = Q затраченная / q дров = 55 236 000 / 10 000 000 = 5,5236 кг = 5,6 кг

Ответ: 5,6 кг.

Answer 2

Для решения этой задачи, мы можем использовать тепловое уравнение, которое описывает изменение теплоты в процессе плавления льда и нагрева получившейся воды:

Q1 (теплота, необходимая для плавления льда) + Q2 (теплота, необходимая для нагрева воды) = Q3 (теплота, выделяющаяся от сгорания дров)

Q1 (плавление льда): Для плавления 1 грамма льда нам нужно 333.55 Дж энергии.

Масса льда (воды) в ведре: Масса льда = объем воды × плотность воды Масса льда = 8 л × 1000 г/л = 8000 г

Q1 = масса льда × теплота плавления льда Q1 = 8000 г × 333.55 Дж/г = 2,668,400 Дж

Q2 (нагрев воды): Для нагрева воды мы используем следующее тепловое уравнение:

Q2 = масса воды × удельная теплоемкость воды × изменение температуры

Масса воды = масса льда (после плавления) = 8000 г Удельная теплоемкость воды = 4.18 Дж/(г·°C) (приближенное значение) Изменение температуры = 50°C (температура воды после нагрева) - (-24°C) (исходная температура) = 74°C

Q2 = 8000 г × 4.18 Дж/(г·°C) × 74°C = 2,481,120 Дж

Теперь мы можем найти общую теплоту Q3, выделяющуюся от сгорания дров:

Q3 = Q1 + Q2 Q3 = 2,668,400 Дж + 2,481,120 Дж = 5,149,520 Дж

Теперь у нас есть общая теплота, которую необходимо выделить, чтобы превратить лед в горячую воду. Теперь учтем КПД процесса:

Q3 (реальная выделенная теплота) = (КПД процесса) × Q3 (теоретическая теплота)

0.08 (КПД процесса) × Q3 (теоретическая теплота) = 5,149,520 Дж

Теперь найдем теоретическую теплоту:

Q3 (теоретическая теплота) = 5,149,520 Дж / 0.08 = 64,369,000 Дж

Теперь, чтобы найти количество дров, которые нужно сжечь, мы должны знать тепловую энергию, выделяющуюся при сгорании одной дрова. Пусть это будет E джоулей.

Количество дров = Q3 (теоретическая теплота) / E

Подставим значение теплоты и КПД процесса:

Количество дров = 64,369,000 Дж / E

Теперь, если вы укажете значение E (тепловой энергии, выделяющейся при сгорании одной дрова), то мы сможем вычислить количество дров, необходимых для этого процесса.