Вопрос школьника
КПД туристического примуса 30%. Сколько в этом примусе сгорело бензина, если на нём вскипятили чайник с водой? Воды в чайнике было налито 1 кг, температура ее 20 °С. Масса медного чайника 200 г. Воды осталось в чайнике 950 г
Ответ от учителя
КПД туристического примуса 30% означает, что из всего количества энергии, выделяемой при сгорании бензина, только 30% используется для нагрева воды в чайнике. Остальные 70% уходят в окружающую среду в виде тепла и продуктов сгорания.
Для расчета количества сгоревшего бензина необходимо знать, сколько энергии требуется для нагрева 1 кг воды с температуры 20 °С до кипения (100 °С). Для этого можно воспользоваться формулой:
Q = m * c * ΔT
где Q — количество теплоты, необходимое для нагрева воды;
m — масса воды;
c — удельная теплоемкость воды (4,18 Дж/г*°C);
ΔT — изменение температуры (80 °C).
Подставляя значения, получаем:
Q = 1 кг * 4,18 Дж/г*°C * 80 °C = 334,4 кДж
Таким образом, для нагрева 1 кг воды с температуры 20 °С до кипения необходимо 334,4 кДж энергии.
Далее, чтобы определить, сколько бензина сгорело в примусе, необходимо разделить количество энергии, необходимое для нагрева воды, на КПД примуса:
E = Q / η
где E — количество энергии, выделившееся при сгорании бензина;
η — КПД примуса (0,3).
Подставляя значения, получаем:
E = 334,4 кДж / 0,3 = 1114,7 кДж
Таким образом, при вскипячивании 1 кг воды в чайнике сгорело 1114,7 кДж энергии. Для перевода этой величины в количество бензина необходимо знать теплоту сгорания бензина. Пусть она равна 44,4 МДж/кг. Тогда количество сгоревшего бензина можно определить следующим образом:
m = E / Qсг
где m — масса сгоревшего бензина;
Qсг — теплота сгорания бензина (44,4 МДж/кг).
Подставляя значения, получаем:
m = 1114,7 кДж / 44,4 МДж/кг = 0,025 кг = 25 г
Таким образом, для вскипячивания 1 кг воды в чайнике на туристическом примусе с КПД 30% сгорело примерно 25 г бензина.
