Вопрос школьника
Пульверизатор для опрыскивания растений разбрызгивает капли со средним диаметром 50 мкм Какая работа затрачивается на создание таких капель из 0,5 кг воды?
Ответ от учителя
Для расчета работы, затрачиваемой на создание капель из 0,5 кг воды, необходимо использовать формулу для работы, связанной с изменением состояния вещества:
W = m * L,
где W — работа, m — масса вещества, L — теплота парообразования.
Для воды L = 2,26 * 10^6 Дж/кг.
Для создания капель из 0,5 кг воды необходимо ее испарить. Для этого необходимо затратить тепловую энергию на испарение воды:
Q = m * L,
где Q — тепловая энергия, затрачиваемая на испарение воды.
Q = 0,5 кг * 2,26 * 10^6 Дж/кг = 1,13 * 10^6 Дж.
Теперь необходимо рассчитать работу, затрачиваемую на создание капель из испарившейся воды. Для этого необходимо использовать формулу для работы, связанной с изменением объема вещества:
W = P * ΔV,
где W — работа, P — давление, ΔV — изменение объема.
Для создания капель используется пульверизатор, который создает давление на испарившуюся воду, превращая ее в капли. Для расчета работы необходимо знать давление, создаваемое пульверизатором, и изменение объема, связанное с созданием капель.
Для определения давления, создаваемого пульверизатором, необходимо знать его характеристики. Предположим, что давление, создаваемое пульверизатором, равно 2 атмосферам (200 кПа).
Для расчета изменения объема необходимо знать средний диаметр капель, который равен 50 мкм (0,05 мм). Объем одной капли можно рассчитать по формуле для объема шара:
V = (4/3) * π * r^3,
где V — объем, r — радиус.
Радиус капли равен половине диаметра, то есть 0,025 мм (2,5 * 10^-5 м).
V = (4/3) * π * (2,5 * 10^-5 м)^3 = 6,54 * 10^-14 м^3.
Теперь можно рассчитать изменение объема для создания одной капли:
ΔV = V — V0,
где V0 — объем испарившейся воды.
V0 = m/ρ,
где ρ — плотность воды.
ρ = 1000 кг/м^3.
V0 = 0,5 кг / 1000 кг/м^3 = 5 * 10^-4 м^3.
ΔV = 6,54 * 10^-14 м^3 — 5 * 10^-4 м^3 = -4,99999999346 * 10^-4 м^3.
Отрицательный знак означает, что объем уменьшается при создании капли.
Теперь можно рассчитать работу, затрачиваемую на создание одной капли:
W = P * ΔV = 200 кПа * (-4,99999999346 * 10^-4 м^3) = -0,0999999998692 Дж.
Отрицательный знак означает, что работа является работой сопротивления, то есть затрачивается на преодоление силы сопротивления, создаваемой воздухом при создании капли.
Таким образом, работа, затрачиваемая на создание одной капли из 0,5 кг воды, равна -0,0999999998692 Дж.
