Вопрос задан 12.03.2025 в 15:58. Предмет Физика. Спрашивает Ямлихина Аделя.

Сталь какой массы m1, взятой при Сt1=20∘С, можно расплавить в печи с КПД η=50%, сжигая каменный уголь массой  тm2=2 т? Ответ выразить в тт, округлив до целых. Температура плавления стали равна Сt2=1500∘С. Удельная теплоёмкость и удельная теплота плавления стали равны  Джкг=500 Дж/(кг⋅∘С) и  кДжкг=84 кДж/кг соответственно. Удельная теплота сгорания каменного угля равна  МДжкг​

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Литвинова Настя.

Для решения задачи нужно определить, сколько стали можно расплавить, используя энергию, выделяемую при сжигании каменного угля. Учтем КПД печи и параметры материала.

Дано:

  • Масса угля m2=2т=2000кгm_2 = 2 \, \text{т} = 2000 \, \text{кг},
  • КПД печи η=50%=0,5\eta = 50\% = 0,5,
  • Температура стали до нагрева t1=20Сt_1 = 20^\circ \text{С},
  • Температура плавления стали t2=1500Сt_2 = 1500^\circ \text{С},
  • Удельная теплоёмкость стали c=500Дж/(кг⋅°С)c = 500 \, \text{Дж/(кг⋅°С)},
  • Удельная теплота плавления стали λ=84кДж/кг=84103Дж/кг\lambda = 84 \, \text{кДж/кг} = 84 \cdot 10^3 \, \text{Дж/кг},
  • Удельная теплота сгорания каменного угля qугля=27МДж/кг=27106Дж/кгq_{\text{угля}} = 27 \, \text{МДж/кг} = 27 \cdot 10^6 \, \text{Дж/кг}.

Шаг 1: Определяем полезную энергию, выделяющуюся при сжигании угля с учетом КПД:

Qполезн=ηQугля=η(m2qугля)Q_{\text{полезн}} = \eta \cdot Q_{\text{угля}} = \eta \cdot (m_2 \cdot q_{\text{угля}})

Подставим значения:

Qполезн=0,5(200027106)=0,554109=27109Дж.Q_{\text{полезн}} = 0,5 \cdot (2000 \cdot 27 \cdot 10^6) = 0,5 \cdot 54 \cdot 10^9 = 27 \cdot 10^9 \, \text{Дж}.

Шаг 2: Найдем энергию, необходимую для нагрева и плавления массы стали m1m_1:

Энергия состоит из двух частей:

  1. Нагрев стали от t1t_1 до t2t_2:
Qнагрев=m1c(t2t1)Q_{\text{нагрев}} = m_1 \cdot c \cdot (t_2 - t_1)
  1. Расплавление стали:
Qплавление=m1λQ_{\text{плавление}} = m_1 \cdot \lambda

Суммарная энергия:

Qстали=Qнагрев+Qплавление=m1c(t2t1)+m1λ.Q_{\text{стали}} = Q_{\text{нагрев}} + Q_{\text{плавление}} = m_1 \cdot c \cdot (t_2 - t_1) + m_1 \cdot \lambda.

Подставим значения:

Qстали=m1[c(t2t1)+λ]=m1[500(150020)+84103].Q_{\text{стали}} = m_1 \cdot \left[ c \cdot (t_2 - t_1) + \lambda \right] = m_1 \cdot \left[ 500 \cdot (1500 - 20) + 84 \cdot 10^3 \right].

Посчитаем выражение в скобках:

500(150020)=5001480=740000Дж/кг,500 \cdot (1500 - 20) = 500 \cdot 1480 = 740000 \, \text{Дж/кг}, 740000+84000=824000Дж/кг.740000 + 84000 = 824000 \, \text{Дж/кг}.

Тогда:

Qстали=m1824000.Q_{\text{стали}} = m_1 \cdot 824000.

Шаг 3: Уравнение баланса энергии:

Полезная энергия равна энергии, необходимой для обработки стали:

Qполезн=Qстали,Q_{\text{полезн}} = Q_{\text{стали}}, 27109=m1824000.27 \cdot 10^9 = m_1 \cdot 824000.

Найдём массу стали m1m_1:

m1=27109824000.m_1 = \frac{27 \cdot 10^9}{824000}.

Считаем:

m1=27109824000=32718,93кг33т.m_1 = \frac{27 \cdot 10^9}{824000} = 32718,93 \, \text{кг} \approx 33 \, \text{т}.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос