Question

Сколько потребуется сухих дров, чтобы растопить снег при температуре -5° и полученную воду нагреть до 40°. КПД нагревательной установки 20%​

Answer 1

Не дано массу снега поэтому пусть будет 1кг

(Нагрев снега до плавления)

Q1=cm(t2-t1)=2100дж/кг*с *1кг * 5С=10500Дж

(Превращение льда в воду)

Q2=л*m=330000Дж/кг* 1=330 000Дж

(Нагрев воды до 40С)

Q3=cm(t2-t1)=4200Дж/кг*с * 1кг* 40С=168000Дж

Q=Q1+Q2+Q3=508 500Дж

n=(Q/(qm))*100%

m=(Q/nq)*100%=(508500Дж/(20%*10 000 000Дж/кг))*100%=0,254кг или 254г

Answer 2

Для решения этой задачи, нужно учесть несколько факторов: количество снега, которое нужно растопить, тепловая емкость снега и воды, а также КПД нагревательной установки.

Для упрощения рассмотрим следующие предположения:

1. Температура снега -5° и она остается постоянной во время его таяния.
2. Температура окружающей среды также -5°, что обеспечивает минимальные потери тепла.

Тепловая емкость вещества (c) - это количество теплоты, которое нужно передать единице массы вещества, чтобы повысить его температуру на 1 градус Цельсия.

Тепловая емкость снега (с_snow) = 2.09 кДж/(кг*°C) (приблизительное значение для снега)

Тепловая емкость воды (с_water) = 4.18 кДж/(кг*°C)

Температура снега: T_initial = -5°С

Температура воды после нагрева: T_final = 40°С

Температурный разрыв: ΔT = T_final - T_initial = 40°С - (-5°С) = 45°С

Теплота, необходимая для нагрева 1 кг снега до 0°С: Q_snow = с_snow * ΔT = 2.09 кДж/(кг*°C) * 5°С = 10.45 кДж

Теплота, необходимая для нагрева 1 кг воды до 40°С: Q_water = с_water * ΔT = 4.18 кДж/(кг*°C) * 45°С = 188.1 кДж

Теперь учтем КПД нагревательной установки, который составляет 20%. То есть, только 20% от затраченной энергии будет использоваться для нагрева.

Количество сухих дров, необходимых для растопки снега и нагрева полученной воды, можно вычислить следующим образом:

Q_total = Q_snow + Q_water

Q_total = 10.45 кДж + 188.1 кДж = 198.55 кДж

Так как только 20% тепла будет использоваться, то нужно получить 100% тепла:

Q_total / 0.2 = 198.55 кДж / 0.2 = 992.75 кДж

Теперь осталось узнать, сколько килограммов сухих дров необходимо для производства 992.75 кДж тепла.

Энергетическая ценность сухих дров (typical value) = около 18 МДж/кг = 18,000 кДж/кг

Масса сухих дров = Q_total / энергетическая ценность = 992.75 кДж / 18,000 кДж/кг ≈ 0.0552 кг (или 55.2 грамма)

Таким образом, потребуется примерно 55.2 грамма сухих дров, чтобы растопить снег при температуре -5°С и нагреть полученную воду до 40°С с учетом КПД нагревательной установки 20%.