На примусе нагрели воду объёмом 2 литра от 10C до 100C.
На примусе нагрели воду объёмом 2 литра от 10C до 100C. Часть воды выкипела. Обусловьте массу воды, превратившуюся в пар, если КПД примуса равен 40 %, а масса израсходованного керосина одинакова 60 грамм.
Задать свой вопросV = 2 л = 2 *10^-3 м^3.
t1 = 10 С.
t2 = 100 С.
в = 1000 кг/м^3.
Cв = 4200 Дж/кг *С.
в = 2,3 *10^6 Дж/кг.
k = 4,6 *10^7 Дж/кг.
mк = 60 г = 0,06 кг.
КПД = 40 %.
mп - ?
Термическая энергия при сгорании керосина
При сгорании керосина выделяется термическая энергия Qк, значение которой определяется формулой: Qк = k *mк, где
- k - удельная теплота сгорания керосина;
- mк - масса керосина, который сгорел.
КПД примуса
Сообразно определению, КПД это отношение полезной термический энергии Qп к затраченной тепловой энергии Qз выраженное в процентах.
КПД определяется формулой: КПД = Qп *100 %/Qз.
Затраченная тепловая энергия Qз это энергия, которая выделяется при сгорании керосина Qк: Qз = Qк.
Нужная термическая энергия
Полезная тепловая энергия Qп это энергия, которая передается воде. Эта энергия идет на нагревание воды до температуры кипения и превращение какой то массы воды mп в пар.
Полезное количество теплоты Qп будет суммой Q1 и Q2: Qп = Q1 + Q2, где
- Q1 - количество теплоты для нагревания воды;
- Q2 - количество теплоты для испарения воды.
Количество теплоты Q1 нужное для нагревания воды определяется формулой: Q1 = Св *mв *(t2 - t1), где
- Св - удельная теплоемкость воды;
- mв - масса нагретой воды;
- t2, t1 - окончательная и исходная температура.
Массу воды найдем mв по формуле: mв = в *V.
mв = 1000 кг/м^3 *2 *10^-3 м^3 = 2 кг.
Формула для определения количества теплоты Q1, нужного для нагревания воспримет вид: Q1 = Св *в *V *(t2 - t1).
Количество теплоты Q2 нужное для испарения воды определяется формулой: Q2 = в *mп, где
- в - удельная теплоемкость воды;
- mп - масса испарившейся воды.
Полезное количество теплоты будет определяться формулой: Qп = Св *в *V *(t2 - t1) + в *mп.
КПД = (Св *в *V *(t2 - t1) + в *mп) *100 %/k *mк.
Из формулы для определения КПД выразим массу испарившейся воды mп.
КПД *k *mк = (Св *в *V *(t2 - t1) + в *mп) *100 %;
Св *в *V *(t2 - t1) + в *mп = КПД *k *mк /100 %;
в *mп = КПД *k *mк /100 % - Св *в *V *(t2 - t1);
mп = (КПД *k *mк /100 % - Св *в *V *(t2 - t1)) / в.
В формулу подставим числовые значения из условия задачки.
mп = (40 % *4,6 *10^7 Дж/кг *0,06 кг /100 % - 4200 Дж/кг *С *1000 кг/м^3 *2 *10^-3 м^3 *(100 С - 10 Сt1)) / 2,3 *10^6 Дж/кг = 0,15 кг.
mв = 2 кг составляет единицу 1.
mп = 0,15 кг сочиняет 0,15 кг/2 кг = 0,075.
Ответ: масса испарившейся воды составляет 0,075 частей либо 3/40 от воды, которая была первоначальна.
Qк = 4,6 * 107 * 0,06 = 2760000 Дж.
Qв = Q1 + Q2.
Q1 = С * m * ( tк - tн ), С уд. теплоемкость ( С = 4200 Дж/( кг*К ) ), m масса ( m = 2 л = 2 кг ), tк = 100 С, tн = 10 С.
Q2 = L * m2, L уд. теплота парообр. ( L = 2,3 * 106 Дж/кг ).
Q = 4200 * 2 * ( 100 - 10 ) + 2,3 * 106 * m2 = 756000 + 2,3 * 106 * m2.
Qк = Q.
0,4 * 2760000 = 756000 + 2,3 * 106 * m2.
2,3 * 106 * m2 = 348000.
m2 = 0,151 кг = 151 г.
-
Вопросы ответы
Статьи
Информатика
Статьи
Математика.
Физика.
Геометрия.
Разные вопросы.
Обществознание.
Математика.
Химия.
Русский язык.
Разные вопросы.
Разные вопросы.