КПД (Коэффициент Полезного Действия) спиртовки можно определить по формуле:
КПД=QзатраченныйQполезный×100%
где:
- Qполезный - полезная работа или энергия
- Qзатраченный - затраченная работа или энергия
В данном случае, будем считать, что "полезной работой" является количество теплоты, которое мы получили, плавя лед и нагревая воду до 100°C. "Затраченной работой" будет считаться количество энергии, которое мы вложили в испарение 20 г воды и нагрев 40 г спирта.
Для начала, определим количество теплоты, необходимое для плавления льда:
Q1=m⋅cлед⋅ΔT
где:
- m=3кг - масса льда
- cлед=2090Дж/кг⋅°C - удельная теплоёмкость льда
- ΔT=0−(−50)°C=50°C - изменение температуры
Q1=3кг⋅2090Дж/кг⋅50°C=313500Дж
Затем, определим количество теплоты, необходимое для нагревания получившейся воды от 0°C до 100°C:
Q2=m⋅cвода⋅ΔT
где:
- m=3кг - масса воды
- cвода=4186Дж/кг⋅°C - удельная теплоёмкость воды
- ΔT=100°C−0°C=100°C - изменение температуры
Q2=3кг⋅4186Дж/кг⋅100°C=1255800Дж
Общее количество полезной работы будет:
Qполезный=Q1+Q2=313500Дж+1255800Дж=1569300Дж
Затраченная работа будет суммой энергии на испарение воды и нагрев спирта:
Qзатраченный=Qиспарение+Qнагревспирта
Для испарения 20 г воды:
Qиспарение=m⋅L
где:
- m=20г=0.02кг - масса воды
- L=2260000Дж/кг - удельная теплота испарения воды
Qиспарение=0.02кг⋅2260000Дж/кг=45200Дж
Нагрев 40 г спирта:
Qнагревспирта=m⋅cспирт⋅ΔT
где:
- m=40г=0.04кг - масса спирта
- cспирт=2500Дж/кг⋅°C - удельная теплоёмкость спирта
- ΔT=1000°C−20°C=980°C - изменение температуры
Qнагревспирта=0.04кг⋅2500Дж/кг⋅980°C=980000Дж
Общее количество затраченной работы будет:
Qзатраченный=Qиспарение+Qнагревспирта=45200Дж+980000Дж=1022200Дж
Теперь можем вычислить КПД:
КПД=QзатраченныйQполезный×100%=1022200Дж1569300Дж×100%≈
0
0