1.в сосуд, содержащий 2л воды при температуре 20°с, положили 10 кусочков льда массами по 50г каждый, взятые из холодильника при температуре -10°с. какая общая температура устанавливается? 2. сосуд, содержащий 2л воды при температуре 20°с, поставили на газовую горелку с кпд 50%. сколько газа надо
сжечь, чтобы вскипятить воду? 3. 2л воды при температуре 20°с налили в чайник с мощностью вт и нагревают в течении 2мин. определить конечную температуру воды и кпд чайника.
Измениение теплоты воды = масса воды * удельная теплоемкость воды * изменение температуры воды
= 2000г * 4.18Дж/(г*°C) * (T - 20°C)
Здесь T - неизвестная общая температура.
Теперь найдем изменение теплоты для льда.
Если лед нагреется до температуры плавления (0°C), он станет водой и изменение температуры будет равно 50°C. Затем эта вода нагреется до общей температуры T:
Изменение теплоты льда = масса льда * удельная теплоемкость льда * изменение температуры льда
= 10 * 50г * 2.09Дж/(г*°C) * 50°C
Теперь суммируем изменения теплоты.
Изменение теплоты всей системы = изменение теплоты воды + изменение теплоты льда
= 2000г * 4.18Дж/(г*°C) * (T - 20°C) + 10 * 50г * 2.09Дж/(г*°C) * 50°C
Теперь нужно уравнять изменение теплоты всей системы с нулем, так как система достигает термодинамического равновесия.
2000г * 4.18Дж/(г*°C) * (T - 20°C) + 10 * 50г * 2.09Дж/(г*°C) * 50°C = 0
Решим это уравнение относительно T:
(2000 * 4.18 * (T - 20) + 10 * 50 * 2.09 * 50) / (2000 * 4.18) = 20
Подсчитаем это уравнение и найдем значение T.
2. Чтобы вскипятить воду в сосуде, нужно добавить энергию на нагрев воды до точки кипения и затем на превращение воды в пар. Сначала найдем теплоту, необходимую для нагрева воды:
Теплота для нагрева воды = масса воды * удельная теплоемкость воды * изменение температуры
= 2000г * 4.18Дж/(г*°C) * (100°C - 20°C)
Затем найдем теплоту, необходимую для превращения воды в пар:
Теплота для превращения воды в пар = масса пара * удельная теплота парообразования
= (масса воды / молярная масса воды) * удельная теплота парообразования
Молярная масса воды = 18г/моль и удельная теплота парообразования = 40.7 кДж/моль.
Наконец, суммируем эти две теплоты:
Итоговая теплота = теплота для нагрева воды + теплота для превращения воды в пар
Теперь нужно разделить итоговую теплоту на КПД газовой горелки, чтобы найти необходимую энергию для вскипевания воды.
Энергия = Итоговая теплота / КПД газовой горелки
3. Теплота, получаемая в результате нагрева воды в чайнике = масса воды * удельная теплоемкость воды * изменение температуры
= 2000г * 4.18Дж/(г*°C) * (T - 20°C)
Учитывая, что нагрев длится 2 минуты = 120 секунд, найдем необходимую мощность чайника:
Мощность = Теплота / Время
Также можно найти КПД чайника с помощью уравнения КПД:
КПД = (Используемая энергия / Поступившая энергия) * 100%