2. Какое количество керосина надо израсходовать, чтобы превратить в пар 2 кг льда, взятого при 0°С, если КПД керосинки, на которой этот лед нагревается, 40%.
Для решения задачи, начнем с определения необходимых процессов и расчетов.
Нагрев льда от 0°C до 0°C: Этот этап не требует затрат энергии, так как температура не меняется.
Плавление льда: Чтобы превратить 2 кг льда в воду при 0°C, необходимо использовать скрытую теплоту плавления льда. Для льда эта величина составляет 334 кДж/кг. Следовательно, для 2 кг льда потребуется:
\[ Q_1 = m \cdot L_f = 2 \, \text{кг} \times 334 \, \text{кДж/кг} = 668 \, \text{кДж} \]
Нагрев воды от 0°C до 100°C: После плавления нам нужно нагреть воду до 100°C. Для этого используется удельная теплоемкость воды, которая составляет 4.18 кДж/(кг·°C). Расчет выглядит так:
\[ Q_2 = m \cdot c_w \cdot \Delta T = 2 \, \text{кг} \times 4.18 \, \text{кДж/(кг·°C)} \times (100 - 0) \, \text{°C} = 836 \, \text{кДж} \]
Парообразование: Чтобы превратить 2 кг воды в пар, снова используем скрытую теплоту парообразования, которая составляет около 2260 кДж/кг:
\[ Q_3 = m \cdot L_v = 2 \, \text{кг} \times 2260 \, \text{кДж/кг} = 4520 \, \text{кДж} \]
Общее количество тепла: Теперь суммируем все полученные количества тепла, чтобы найти общее количество энергии:
\[ Q_{\text{total}} = Q_1 + Q_2 + Q_3 = 668 \, \text{кДж} + 836 \, \text{кДж} + 4520 \, \text{кДж} = 6024 \, \text{кДж} \]
Учет КПД керосинки: Поскольку КПД горелки составляет 40%, это означает, что для получения 6024 кДж полезной энергии нужно большее количество керосина в 1/0.4 раз:
\[ Q_{\text{kerosine}} = \frac{Q_{\text{total}}}{\text{КПД}} = \frac{6024 \, \text{кДж}}{0.4} = 15060 \, \text{кДж} \]
Итак, необходимо израсходовать 15060 кДж энергии, чтобы превратить 2 кг льда в пар при 0°C, учитывая 40% КПД керосинки.
