Задача 15. Во сколько раз по сравнению с новым самоваром снизится тепловой поток в старом самоваре, латунные стенки внутренней трубы которого покрылись слоем накипи толщиной δнак = 0,1 мм. Толщина стенки трубы δст = 2,0 мм. Коэффициенты теплопроводности:
латуни λлат = 110 Вт/(м·К), накипи λнак = 2 Вт/(м·К).
Температура сырой воды 10 оС, кипящей 100 оС.
N ≈ 1.57·10²³
Объяснение:
T = 315 K
<v> = 320 м/c
m = 20 г = 0,02 кг
Na = 6.022·10²³ 1/моль - постоянная Авогадро
R = 8.31 Дж/(моль·К) - универсальная газовая постоянная
N - ?
По закону Клапейрона-Менделеева
pV = νRT
(р - давление, V - объём, ν - количество вещества)
ν = N/Na
pV = NRT/Na (1)
Будем считать газ идеальным и одноатомным, тогда давление газа р можно вычислить как
р = nm₀<v>²/3 (n - концентрация, m₀ - масса молекулы)
n = N/V; m₀ = m/N
Тогда
nm₀ = m/V
р = m<v>²/3V
и
pV = m<v>²/3 (2)
Приравняем правые части уравнений (1) и (2)
NRT/Na = m<v>²/3
и выразим отсюда N
N = m<v>²Na/3RT
N = 0.02 · 320² · 6.022·10²³ : (3 · 8.31 · 315)
N ≈ 1.57·10²³
Если холодильник закрыт и внутри температура требуемая, то охлаждающая установка убирает из холодильника энергии грубо говоря столько, сколько проходит через теплоизоляцию при обычном перепаде температур, и затем приостанавливается
Если он открыт, то система тратит энергии столько, чтобы охладить и теплоизоляцию и продукты в холодильнике и кухню.
Но потраченная энергия расходуется в кухне и кухня со всем её содержимым нагревается всё больше и больше, и холодильник никогда не приостановит свою работу.
С точки зрения охлаждения, кухня - система закрытая, а с точки зрения питания холодильника - открытая. температура повышается.
Похолодает только в первые минуты, когда холодные продукты поглощают тепло кухни.