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:
$$Т=(-10+273)K=263K$$

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:
$$Q=m\cdot c\cdot \Delta T$$
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:
$$масса=плотность\cdot объем=0,92\cdot 15\cdot 1000г=13800г=13,8кг$$

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):
$$Q=масса\cdot c\cdot \Delta T=13,8\cdot 4,186\cdot 263Дж=14934,2408Дж$$

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:
$$ККД=\frac{\text{фактически выделившаяся энергия}}{\text{затраченная энергия}}\cdot 100\mathrm{\%}$$

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%:
$$ККД=80\mathrm{\%}$$

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