5.25. Определите КПД спиртовки, если при нагревании на ней 150 г воды от 20 до 80 °С израсходован спирт массой 4 г.
Для определения коэффициента полезного действия (КПД) спиртовки, давайте сначала найдем количество теплоты, которое было передано воде, а затем сравним его с энергией, выделившейся при сгорании спирта.
- Рассчитаем количество теплоты, необходимое для нагрева воды:
Формула для вычисления количества теплоты (Q) выглядит следующим образом:
\[ Q = mc\Delta T \]
где:
- \( m \) — масса воды (150 г = 0,15 кг),
- \( c \) — удельная теплоемкость воды (примерно 4200 Дж/кг·°С),
- \( \Delta T \) — изменение температуры (80 °С - 20 °С = 60 °С).
Подставим значения:
\[ Q = 0,15 \, \text{кг} \times 4200 \, \text{Дж/кг·°С} \times 60 \, \text{°С} \] \[ Q = 0,15 \times 4200 \times 60 = 37800 \, \text{Дж} \]
- Теперь рассчитаем количество энергии, выделившейся при сгорании спирта.
Для этого нужно знать, сколько энергии выделяется при сгорании 1 г спирта. Энергия сгорания этанола (основного компонента спирта) составляет примерно 30 МДж/кг, что равно 30000 Дж/г.
Следовательно, для 4 г спирта:
\[ E = 4 \, \text{г} \times 30000 \, \text{Дж/г} = 120000 \, \text{Дж} \]
- Теперь можем найти КПД:
Коэффициент полезного действия (КПД) рассчитывается как отношение полезно использованной энергии к всей расходуемой энергии:
\[ КПД = \frac{Q}{E} \times 100\% \]
Подставим известные значения:
\[ КПД = \frac{37800 \, \text{Дж}}{120000 \, \text{Дж}} \times 100\% \] \[ КПД = \frac{37800}{120000} \times 100\% \approx 31,5\% \]
Таким образом, КПД спиртовки составляет примерно 31,5%. Это значит, что около одной трети энергии, выделившейся при сгорании спирта, использовалась для нагрева воды.
