Question

1.На спиртовке нагрели 150 грамм воды, от 20°C до 80°C. При этом сгорело 10 грамм спирта. Сколько теплоты пошло на нагревание воды и сколько её выделилось при сгорании спирта? Почему Q-нагревание и Q- сгорание не равны? 2.Для работы парового котла сжигается 5 тонн каменного угля в сутки. Каким количеством природного газа можно заменить каменный уголь? ​

Answer 1

1. Для решения задачи о тепловом обмене между спиртом и водой, воспользуемся тепловым балансом:

Первый закон термодинамики утверждает, что изменение внутренней энергии системы равно сумме переданного тепла и проделанной работы. В данном случае можно пренебречь работой, и уравнение примет вид:

ΔU = Q_нагревание + Q_сгорание

Где ΔU - изменение внутренней энергии системы.

a. Рассмотрим нагревание воды: ΔU_нагревание = m * c * ΔT

Где m - масса воды, c - удельная теплоемкость воды, ΔT - изменение температуры.

ΔU_нагревание = 150 г * 4.186 Дж/(г°C) * (80°C - 20°C) = 41,860 Дж

b. Рассмотрим сгорание спирта: ΔU_сгорание = -Q_сгорание

Где Q_сгорание - количество выделившейся теплоты при сгорании спирта.

ΔU_сгорание = 10 г * 29.7 кДж/г = 297 кДж = 297,000 Дж

Теперь сложим изменения внутренней энергии:

ΔU = ΔU_нагревание + ΔU_сгорание = 41,860 Дж + 297,000 Дж = 338,860 Дж

Таким образом, 338,860 Дж теплоты пошло на нагревание воды, и 297,000 Дж выделилось при сгорании спирта.

Почему Q-нагревание и Q-сгорание не равны? Это связано с тем, что часть энергии идет на нагревание воды, а часть выделяется в виде теплоты при сгорании, и эти процессы независимы.

2. Для определения количества природного газа, эквивалентного 5 тоннам каменного угля, нужно знать теплоту сгорания обоих видов топлива. Предположим, что теплота сгорания каменного угля составляет 30 МДж/кг, а природного газа - 50 МДж/м³.

Общая теплота сгорания угля: Q_уголь = масса_угля * теплота_сгорания_угля = 5 т * 1000 кг/т * 30 МДж/кг = 150,000 МДж

Теперь определим количество природного газа:

Количество_газа = Q_уголь / теплота_сгорания_газа = 150,000 МДж / 50 МДж/м³ = 3000 м³

Таким образом, 5 тонн каменного угля можно заменить природным газом объемом 3000 м³.