Сколько природного газа нужно исчерпать, чтобы превратить 2 кг льда, находящегося при температуре -10 *С, в воду

Yaksha_32

24

Для решения данной задачи нам понадобятся законы сохранения энергии и теплопередачи. Давайте начнем пошагово.

Шаг 1: Вычислим количество теплоты, необходимое для плавления льда при температуре -10 *С и превращения его в воду при температуре 0 *С.

Теплота, необходимая для плавления льда, определяется по формуле $Q=m\cdot L$, где $m$ - масса вещества, а $L$ - удельная теплота плавления для данного вещества. Для льда удельная теплота плавления равна 334 кДж/кг.

Масса льда $m$ равна 2 кг, поэтому теплота, необходимая для плавления льда, равна $Q_1=2\cdot 334кДж$.

Шаг 2: Вычислим количество теплоты, необходимое для нагревания полученной воды от 0 *С до 100 *С.

Теплота, необходимая для нагревания воды, определяется по формуле $Q=m\cdot C\cdot \mathrm{\Delta }T$, где $m$ - масса воды, $C$ - удельная теплоемкость воды, а $\mathrm{\Delta }T$ - изменение температуры.

Масса полученной воды $m$ также равна 2 кг, удельная теплоемкость воды $C$ составляет около 4.18 кДж/(кг * К), а изменение температуры $\mathrm{\Delta }T$ равно $100-0=100$ *С.

Теплота, необходимая для нагревания полученной воды, равна $Q_2=2\cdot 4.18\cdot 100кДж$.

Шаг 3: Найдем общее количество теплоты, необходимое для превращения льда в воду при 100 *С.

Общая теплота равна сумме теплоты для плавления льда и теплоты для нагревания воды:

$$Q_{общ}=Q_1+Q_2$$

Подставим значения:

$$Q_{общ}=(2\cdot 334)+(2\cdot 4.18\cdot 100)кДж$$

Вычислим:

$$Q_{общ}=668+836кДж=1504кДж$$

Таким образом, для превращения 2 кг льда, находящегося при температуре -10 *С, в 2 кг воды при 100 *С необходимо исчерпать 1504 кДж природного газа.

КПД нагревательной системы является отношением полученной энергии (в данном случае 1504 кДж) к затраченной энергии, умноженной на 100%:

$$КПД=\frac{Полученнаяэнергия}{Затраченнаяэнергия}\times 100\mathrm{\%}$$

В данной задаче нам не даны данные о затраченной энергии, поэтому мы не можем точно определить КПД нагревательной системы.