Для того чтобы решить эту задачу, нам необходимо использовать формулу сохранения энергии:
m1cdelta_T1 + Q1 = m2cdelta_T2 + Q2,
где: m1 - масса воды, m2 - масса льда, c - удельная теплоёмкость, delta_T1 - разница температур воды до и после нагрева, delta_T2 - разница температур льда до и после нагрева, Q1 - количество тепла, которое нужно для нагрева воды, Q2 - количество тепла, необходимое для перевода льда в воду.
Исходя из условия задачи:
m1 = 200 кг, m2 = 0 кг (т.к. лед должен полностью перейти в жидкую форму), c воды = 4200 Дж/(кг°C), c льда = 2100 Дж/(кг°C), delta_T1 = 30°C (20°C - (-10°C)), delta_T2 = 30°C (0°C - (-30°C)).
Теперь можем выразить количество тепла Q1 и Q2:
Q1 = m1cdelta_T1 = 200 кг 4200 Дж/(кг°C) 30°C = 252 000 000 Дж. Q2 = m2cdelta_T2 = 0 кг 2100 Дж/(кг°C) 30°C = 0 Дж.
Теперь рассчитаем общее количество тепла, которое нам необходимо:
Исходя из того что у сосновых древесных пород коэффициент теплоты сгорания Q = 15.7 МДж/кг, количество дров необходимое для получения этого количества тепла:
n = Q_дров / Q = 630 000 000 Дж / 15.7 МДж/кг = 40 кг.
Итак, чтобы получить из 200 кг льда и воды при -10°C и 20°C со стандартным КПД 40%, необходимо сжечь 40 кг дров.
Для того чтобы решить эту задачу, нам необходимо использовать формулу сохранения энергии:
m1cdelta_T1 + Q1 = m2cdelta_T2 + Q2,
где:
m1 - масса воды,
m2 - масса льда,
c - удельная теплоёмкость,
delta_T1 - разница температур воды до и после нагрева,
delta_T2 - разница температур льда до и после нагрева,
Q1 - количество тепла, которое нужно для нагрева воды,
Q2 - количество тепла, необходимое для перевода льда в воду.
Исходя из условия задачи:
m1 = 200 кг,
m2 = 0 кг (т.к. лед должен полностью перейти в жидкую форму),
c воды = 4200 Дж/(кг°C),
c льда = 2100 Дж/(кг°C),
delta_T1 = 30°C (20°C - (-10°C)),
delta_T2 = 30°C (0°C - (-30°C)).
Теперь можем выразить количество тепла Q1 и Q2:
Q1 = m1cdelta_T1 = 200 кг 4200 Дж/(кг°C) 30°C = 252 000 000 Дж.
Q2 = m2cdelta_T2 = 0 кг 2100 Дж/(кг°C) 30°C = 0 Дж.
Теперь рассчитаем общее количество тепла, которое нам необходимо:
Q_общ = Q1 + Q2 = 252 000 000 Дж.
Так как КПД сжигания дров составляет 40%, то:
Q_дров = Q_общ / КПД = 252 000 000 Дж / 0.4 = 630 000 000 Дж.
Исходя из того что у сосновых древесных пород коэффициент теплоты сгорания Q = 15.7 МДж/кг, количество дров необходимое для получения этого количества тепла:
n = Q_дров / Q = 630 000 000 Дж / 15.7 МДж/кг = 40 кг.
Итак, чтобы получить из 200 кг льда и воды при -10°C и 20°C со стандартным КПД 40%, необходимо сжечь 40 кг дров.