В алюминиевом сосуде массой 1,5 кг находится 2 кг льда при температуре -10 °C. На сколько градусов нагреется вода, образовавшаяся после таяния льда, если было сожжено 80 г керосина? При условии, что КПД нагревателя 50 %.
от

1 Ответ

дано:  
- Масса алюминиевого сосуда (m_сосуд): 1,5 кг  
- Масса льда (m_лед): 2 кг  
- Начальная температура льда (T1): -10 °C  
- Масса керосина (m_керосин): 80 г = 0.080 кг  
- Удельная теплота сгорания керосина (Q): примерно 42 МДж/кг = 42000000 Дж/кг  
- КПД нагревателя (η): 50 % = 0.5  
- Удельная теплота плавления льда (L): 334 кДж/кг = 334000 Дж/кг  
- Удельная теплоемкость воды (c_вода): 4200 Дж/кг·°C  
- Конечная температура после нагрева (T2): ?

нужно найти:  
- На сколько градусов нагреется вода (ΔT).

решение:  
1. Рассчитаем количество тепла, выделяемое при сгорании 80 г керосина:  
   Q_керосин = m_керосин * Q = 0.080 кг * 42000000 Дж/кг = 3360000 Дж.  

2. Учитывая КПД нагревателя, эффективное количество тепла, получаемое от керосина:  
   Q_эффективное = η * Q_керосин = 0.5 * 3360000 Дж = 1680000 Дж.  

3. Теперь рассчитаем количество тепла, необходимое для плавления льда и нагрева образовавшейся воды:  
   Сначала найдем количество тепла для плавления льда:  
   Q_плавление = m_лед * L = 2 кг * 334000 Дж/кг = 668000 Дж.  

4. Количество тепла, оставшееся для нагрева воды:  
   Q_нагрев = Q_эффективное - Q_плавление = 1680000 Дж - 668000 Дж = 1012000 Дж.  

5. Теперь можем найти изменение температуры воды (ΔT) после таяния:  
   Используем формулу:  
   Q_нагрев = m_лед * c_вода * ΔT  
   1012000 Дж = 2 кг * 4200 Дж/кг·°C * ΔT.  

6. Решая уравнение для ΔT:  
   ΔT = Q_нагрев / (m_лед * c_вода) = 1012000 Дж / (2 кг * 4200 Дж/кг·°C).  

7. Рассчитаем ΔT:  
   ΔT = 1012000 / 8400 ≈ 120.24 °C.  

8. Поскольку начальная температура льда была -10 °C, конечная температура воды будет:  
   T2 = T1 + ΔT = -10 °C + 120.24 °C = 110.24 °C.  

ответ:  
Вода нагреется до 110.24 °C.
от