Вопрос школьника
К чайнику с кипящей водой подводится ежесекундно энергия, равная 1,13 кДж. Определите скорость истечения пара из носика чайника, площадь поперечного сечения которого равна 1 см2. Плотность водяного пара 1 кг/м3.
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо воспользоваться законом сохранения энергии. Энергия, подводимая к чайнику, превращается в тепловую энергию воды, которая затем превращается в кинетическую энергию пара при истечении из носика чайника.
Известно, что энергия, подводимая к чайнику, равна 1,13 кДж в секунду. При этом, чтобы превратить 1 грамм воды в пар, необходимо затратить 2,26 кДж тепловой энергии. Таким образом, за секунду из чайника может испариться:
m = 1,13 кДж / 2,26 кДж/г = 0,5 г воды.
При этом объем пара, образующегося из 0,5 г воды, можно рассчитать по формуле:
V = m / ρ = 0,5 г / 1000 кг/м3 = 0,0005 м3.
Скорость истечения пара из носика чайника можно рассчитать по формуле:
v = Q / Sρ,
где Q — объем пара, истекающего из носика чайника за секунду, S — площадь поперечного сечения носика, ρ — плотность пара.
Подставляя известные значения, получаем:
v = 0,0005 м3 / (1 см2 * 10-6 м2/см2 * 1 кг/м3) = 50 м/с.
Таким образом, скорость истечения пара из носика чайника равна 50 м/с.
