Какую массу керосина необходимо сжечь, чтобы 50 л воды нагреть от 20° С до кипения, если вся энергия топлива идёт на нагревание? Какой объём воды можно нагреть на 60° С, если считать, что всё количество теплоты, выделяемое при сгорании каменного угля массой 210 г, пойдет на нагревание воды?

Давайте разберемся с каждой частью вопроса поочередно.

1. Нагревание Воды с Помощью Керосина

Чтобы нагреть воду от 20°C до кипения (100°C), нам нужно использовать формулу для расчета количества теплоты:

$Q = mc\Delta T$

где:

• $Q$ – количество теплоты (в джоулях),
• $m$ – масса воды (в кг),
• $c$ – удельная теплоемкость воды (около 4,186 кДж/кг°C),
• $\Delta T$ – изменение температуры (в °C).

Первый шаг – вычислить количество теплоты, необходимое для нагрева воды. 50 литров воды равны 50 кг (поскольку плотность воды приблизительно 1 кг/л).

$\Delta T = 100°C - 20°C = 80°C$

Теперь подставим значения:

$Q = 50 \, \text{кг} \times 4,186 \, \text{кДж/кг°C} \times 80°C$

Рассчитаем это.

Затем, чтобы узнать массу керосина, необходимо знать его удельную теплоту сгорания. Удельная теплота сгорания керосина составляет около 46 МДж/кг. Чтобы вычислить массу керосина, мы используем формулу:

$m_{\text{керосин}} = \frac{Q}{\text{удельная теплота сгорания керосина}}$

2. Нагревание Воды с Помощью Каменного Угля

Теперь рассмотрим вторую часть вопроса. Процесс похож на первую часть, только здесь мы используем массу угля и его удельную теплоту сгорания для расчета выделяемой теплоты. Удельная теплота сгорания каменного угля составляет примерно 24 МДж/кг.

$Q_{\text{уголь}} = m_{\text{уголь}} \times \text{удельная теплота сгорания угля}$

где $m_{\text{уголь}}$ – масса угля (210 г или 0.21 кг). После расчета общего количества теплоты, которое выделяет уголь, мы можем использовать ту же формулу для расчета массы воды, которую можно нагреть на 60°C.

Подставим значения и рассчитаем.

Результаты Расчетов

1. Нагревание Воды с Помощью Керосина

Чтобы нагреть 50 литров воды от 20°C до кипения, потребуется приблизительно 0.364 кг керосина. Это учитывая, что вся энергия, выделяемая при сгорании керосина, идет исключительно на нагревание воды.

2. Нагревание Воды с Помощью Каменного Угля

Если вся теплота, выделяемая при сгорании 210 г каменного угля, будет использована для нагрева воды, то можно нагреть приблизительно 20.07 литров воды на 60°C.

Эти расчеты предполагают идеальные условия, где нет потерь тепла и вся энергия сгорания топлива идет на нагревание воды. В реальных условиях потери тепла неизбежны, что может немного изменить данные результаты. ​​