Задачи для самостоятельной подготовки "УчУ"




Задача № 11300

Некоторое количество тающего льда положили в стальную посуду массой 138 г и довели до кипения в некоторой тепловой системе с КПД 32%. Какова была масса этого льда, если известно, что в ходе этого процесса сожгли 43,1 г дров? Ответ дайте в граммах. Удельная теплоёмкость воды 4200
Дж
кг׺С
, удельная теплоёмкость стали 480
Дж
кг׺С
, удельная теплота сгорания дров 15
МДж
кг
, удельная теплота плавления льда 330
кДж
кг
.


Решение и ответ:
Ответ: ≈267
в виде формулы:266.66666666667

Для решения этой задачи сначала надо подсчитать сколько тепловой энергии дало сгорание дров. Её количество можно найти по формуле:
Q = q × mдров = 15000000
Дж
кг
× 0,0431 кг
647000 Дж (мы массу дров перевели в килограммы).
Зная всю энергию сгорания (затраченную энергию) и КПД данной системы, можно найти полезную энергию, которая была потрачена на разогрев воды и посуды. Из формулы КПД:
η =
Qполезн
Qзатрач
× 100%
, выразим: Qполезн =
Qзатрач×η
100%
=
647000 × 32%
100%
207000 Дж.
Эта энергия тратится на нагрев стальной посуды, таяние льда и нагрев полученной из льда воды. Количество тепловой энергии, необходимой для разогрева, может быть подсчитана по формуле:
Q = c×m×(tконечная - tначальная).
Количество тепловой энергии, необходимой для плавления льда, может быть подсчитана по формуле:
Q = λ×m.
В данной задачи в тепловых процессах участвуют сразу два объекта: лёд/вода и посуда, в которой она находится:
Qполезное = Qпосуды + Qводы + Qльда.
Так как масса посуды дана, её материал и теплоёмкость известны, то можно подсчитать, сколько тепловой энергии ушло на её нагрев. При этом, температура посуды меняется вместе с температурой воды, которая в ней находится: от 0 ºС до 100 ºС (по условию задачи вначале был тающий лёд, затем полученную воду довели до кипения). Подсчитаем:
Qпосуды = cстали×mпосуды×(tконечная - tначальная) = 480
Дж
кг׺С
×0,138 кг×(100 ºС - 0 ºС)
6620 Дж.
Откуда можно найти энергию, потраченную на плавление льда и нагрев воды:
Q12 = Qльда + Qводы = Qполезное - Qпосуды = 207000 Дж - 6620 Дж200000 Дж.
При этом, используя формулы нагрева и плавления, можно записать:
Q12 = λльда×mводы + cводы×mводы×(tконечная - tначальная) = mводы × (λльда + cводы×(tконечная - tначальная)).
Откуда можно рассчитать массу воды:
mводы =
Q12
λльда + cводы×(tконечное - tначальное)
=
200000 Дж
330000
Дж
кг
+ 4200
Дж
кг × ºС
× (100 ºС - 0 ºС)
0,267 кг = 267 г, что и является ответом.


Решения этой задачи от наших учеников:
Эталонное решение.

Похожие задачи: 14096, 11494.

Нашли ошибку? Сообщите нам!
Не хватает табличных данных? Посмотрите в справочнике!

Тема: Тепловые процессы.