Определите КПД спиртовки, если при нагревании на ней 130 г молока от 25 до 60 °С израсходован спирт массой 2 г.
Для определения коэффициента полезного действия (КПД) спиртовки необходимо рассчитать количество теплоты, которое было передано молоку, и количество теплоты, выделившейся при сгорании спирта.
- Рассчитаем количество теплоты, затраченной на нагревание молока.
Для этого используем формулу: \[ Q = mc\Delta T \] где:
- \( m \) — масса молока (130 г = 0.130 кг),
- \( c \) — удельная теплоемкость молока (приблизительно 4.18 кДж/(кг·°C)),
- \( \Delta T \) — изменение температуры (60 °C - 25 °C = 35 °C).
Теперь подставим значения в формулу: \[ Q = 0.130 \, \text{кг} \cdot 4180 \, \text{Дж/(кг·°C)} \cdot 35 \, °C \] \[ Q \approx 0.130 \cdot 4180 \cdot 35 \] \[ Q \approx 0.130 \cdot 146300 \] \[ Q \approx 19019 \, \text{Дж} \]
- Теперь рассчитаем количество теплоты, выделяющееся при сгорании спирта.
Сначала найдем, сколько теплоты выделяет 2 г спирта. Удельная теплота сгорания этанола (спирта) приблизительно равна 30.0 МДж/кг = 30000 кДж/кг.
Для 2 г спирта: \[ Q_{сгор}=m_{спирта} \cdot \text{удельная теплота сгорания} \] \[ Q_{сгор} = 0.002 \, \text{кг} \cdot 30000 \, \text{кДж/кг} \] \[ Q_{сгор} = 0.002 \cdot 30000 \] \[ Q_{сгор} = 60 \, \text{кДж} = 60000 \, \text{Дж} \]
- Теперь можем рассчитать КПД спиртовки: \[ \text{КПД} = \frac{Q_{полезное}}{Q_{потребленное}} \times 100\% \] где:
- \( Q_{полезное} \) — количество теплоты, переданное молоку (19019 Дж),
- \( Q_{потребленное} \) — количество теплоты, выделившееся при сгорании спирта (60000 Дж).
Подставляем значения: \[ \text{КПД} = \frac{19019}{60000} \times 100\% \] \[ \text{КПД} \approx 31.7 \% \]
Таким образом, КПД спиртовки составляет примерно 31.7%.
