Задача по физике какое количество теплоты необходимо, чтобы растопить 300 г льда, находящегося при температуре - 25 °с, довести до кипения получившуюся воду и испарить её? потерями энергии во внешнюю среду можно пренебречь. какая масса каменного угля потребуется, чтобы выделлось такое количество энергии?
Для решения данной задачи необходимо рассчитать общее количество теплоты, которое необходимо для растопления льда, нагрева воды до точки кипения и ее испарения.
Нагрев льда от -25 °C до 0 °C:
Используем формулу: [ Q1 = m \cdot c{лед} \cdot \Delta T ]
Теперь нам необходимо узнать, сколько каменного угля нужно сжечь, чтобы получить это количество энергии. Энергия, выделяемая при сжигании 1 кг каменного угля, приблизительно равна 25 MJ (25000 кДж).
Для решения данной задачи необходимо рассчитать общее количество теплоты, которое необходимо для растопления льда, нагрева воды до точки кипения и ее испарения.
Нагрев льда от -25 °C до 0 °C:
Используем формулу:
[
Q1 = m \cdot c{лед} \cdot \Delta T
]
где:
( m = 300 \, \text{г} = 0.3 \, \text{кг} )( c_{лед} \approx 2.1 \, \text{кДж/(кг·°C)} )( \Delta T = 0 - (-25) = 25 \, \text{°C} )Подставим значения:
[
Q_1 = 0.3 \, \text{кг} \cdot 2.1 \, \text{кДж/(кг·°C)} \cdot 25 \, \text{°C} = 15.75 \, \text{кДж}
]
Плавление льда (превращение льда в воду):
Используем формулу:
[
Q2 = m \cdot L{плав}
]
где:
( L_{плав} \approx 334 \, \text{кДж/кг} )Подставим значения:
[
Q_2 = 0.3 \, \text{кг} \cdot 334 \, \text{кДж/кг} = 100.2 \, \text{кДж}
]
Нагрев воды от 0 °C до 100 °C:
Используем формулу:
[
Q3 = m \cdot c{вода} \cdot \Delta T
]
где:
( c_{вода} \approx 4.18 \, \text{кДж/(кг·°C)} )[
Q_3 = 0.3 \, \text{кг} \cdot 4.18 \, \text{кДж/(кг·°C)} \cdot (100 - 0) \, \text{°C} = 125.4 \, \text{кДж}
]
Испарение воды:
Используем формулу:
[
Q4 = m \cdot L{исп}
]
где:
( L_{исп} \approx 2260 \, \text{кДж/кг} )[
Q_4 = 0.3 \, \text{кг} \cdot 2260 \, \text{кДж/кг} = 678 \, \text{кДж}
]
Теперь суммируем все теплоты:
[
Q_{total} = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 = 15.75 + 100.2 + 125.4 + 678 = 919.35 \, \text{кДж}
]
Теперь нам необходимо узнать, сколько каменного угля нужно сжечь, чтобы получить это количество энергии. Энергия, выделяемая при сжигании 1 кг каменного угля, приблизительно равна 25 MJ (25000 кДж).
Расчет массы каменного угля:[
m{уголь} = \frac{Q{total}}{E_{уголь}} = \frac{919.35}{25000} \approx 0.0368 \, \text{кг} \approx 36.8 \, \text{г}
]
Таким образом, для растопления 300 г льда, доведения до кипения и испарения потребуется 36.8 г каменного угля.