Яка кількість газу необхідна для випалювання льоду об ємом 15 літрів, який має температуру -10 °С? Який ККД нагрівача?

Сверкающий_Джинн

41

Чтобы решить эту задачу, нам нужно знать какая конкретно реакция происходит при сжигании льда, а также физические свойства льда. Однако, обычно задачи подобного рода предполагают использование стандартных условий, где вещества находятся при нормальных условиях (температура 0 °C и давление 1 атмосфера). Будем исходить из этого.

Сначала мы должны преобразовать температуру льда из Цельсия в Кельвины, так как в физических законах температура измеряется в Кельвинах. Для этого мы добавляем 273 к значению температуры в °C:
\[Т = (-10 + 273) K = 263 K\]

Затем нам нужно узнать, сколько энергии необходимо, чтобы превратить 15 литров льда с температурой -10 °C в воду при тем же давлении. Для этого мы будем использовать формулу:
\[Q = m \cdot c \cdot ΔT\]
где Q - количество теплоты, m - масса вещества, c - удельная теплоемкость, ΔT - изменение температуры.

В данном случае, у нас уже задан только объем, поэтому нам нужно узнать массу льда. Для этого нам понадобится информация о плотности льда. Плотность льда равна примерно 0,92 г/см³. Так как объем дан в литрах, а 1 литр равен 1000 см³, мы можем легко найти массу льда:
\[масса = плотность \cdot объем = 0,92 \cdot 15 \cdot 1000 \ г = 13800 \ г = 13,8 \ кг\]

Теперь нам нужно узнать удельную теплоемкость для превращения льда в воду. Удельная теплоемкость (c) для воды составляет примерно 4,186 Дж/(г·K). Имея массу и удельную теплоемкость, мы можем найти количество теплоты (Q):
\[Q = масса \cdot c \cdot ΔT = 13,8 \cdot 4,186 \cdot 263 \ Дж = 14934,2408 \ Дж\]

Таким образом, нам потребуется 14934,2408 Дж энергии, чтобы превратить 15 литров льда с температурой -10 °C в воду при нормальных условиях.

Теперь перейдем к определению ККД (коэффициента полезного действия) нагревателя. ККД показывает, какая часть входной энергии реально используется для получения нужного результата. ККД вычисляется по формуле:
\[ККД = \frac{\text{фактически выделившаяся энергия}}{\text{затраченная энергия}} \cdot 100\%\]

Здесь мы должны учесть, что все нагреватели имеют потери энергии в виде тепла, которые не используются для прямого нагрева льда. Для простоты предположим, что эти потери примерно равны 20%. Тогда только 80% энергии, затраченной на нагреватель, используется для нагрева льда. Соответственно, ККД будет равен 80%:
\[ККД = 80\%\]

Таким образом, для випалювання 15 літрів льоду з температурою -10 °С необхідно 14934,2408 Дж енергії, а ККД нагрівача дорівнює 80%.