ДАЮ 80 БАЛЛОВ
Пару води масою 13,33кг , взятої при температурі98,35°С. Скільки енергії вона передасть навколишньому середовищу при конденсації і подальшому охолодженні до 34,4°С?
На спиртівці нагріли 190,3 г води від 16,9°С до 35,3°С. При цьому згоріло 9,7 г спирту. Знайдіть ККД нагрівальної установки.
Ответы
Розрахунок енергії, яку передасть пара води при конденсації і подальшому охолодженні:
Спершу розглянемо конденсацію пари води, коли вона перетворюється в рідину при температурі 100 °C. Для цього використовуємо питому теплоту пароутворення:
Q1 = маса * питома теплота пароутворення
Q1 = 13.33 кг * 2300 кДж/кг
Q1 = 30699 кДж
Тепер розглянемо подальше охолодження рідини з 100 °C до 34.4 °C. Для цього використовуємо питому теплоємність води:
Q2 = маса * питома теплоємність * зміна температури
Q2 = 13.33 кг * 4.2 кДж/кг·°С * (34.4 °C - 100 °C)
Q2 = -26767.44 кДж (знак "-" вказує на втрату тепла)
Тепер додамо обидві кількості теплоти разом, але звернімо увагу на те, що другий доданок від'ємний через охолодження:
Q = Q1 + Q2
Q = 30699 кДж - 26767.44 кДж
Q ≈ 3931.56 кДж
Отже, пара води віддасть приблизно 3931.56 кДж теплоти навколишньому середовищу під час конденсації і подальшого охолодження.
Розрахунок ККД нагрівальної установки:
Спершу знайдемо кількість тепла, яку отримала вода від спиртівки при нагріванні:
Q3 = маса * питома теплоємність * зміна температури
Q3 = 190.3 г * (4.2 кДж/кг·°С) * (35.3 °C - 16.9 °C)
Q3 = 5093.32 кДж
Тепер знайдемо кількість спожитого спирту:
Q4 = маса * питома теплота згоряння спирту
Q4 = 9.7 г * Qsp
(де Qsp - питома теплота згоряння спирту, яка зазвичай дорівнює близько 29.7 кДж/г)
Q4 = 9.7 г * 29.7 кДж/г
Q4 ≈ 288.69 кДж
Тепер розрахуємо ККД нагрівальної установки:
ККД = (кількість тепла, яку отримала вода) / (кількість тепла, яку спожив спирт)
ККД = Q3 / Q4
ККД ≈ 5093.32 кДж / 288.69 кДж
ККД ≈ 17.64 (округлімо до двох знаків після коми)
Отже, ККД нагрівальної установки приблизно дорівнює 17.64, або 17.64%.