Вода массой 20 кг при температуре 15 ? превращается в пар при температуре 100 ?. Сколько для этого надо сжечь каменного угля, если КПД нагревателя 20%? 8 класс физика

Дадим решение по шагам. Предположим, что температуры указаны в градусах Цельсия: вода в 20 кг нагревается с 15°C до 100°C и переходит в пар при 100°C. КПД нагревателя — 20%.

Данные:

• m = 20 кг
• c воды = 4,18 кДж/(кг·°C)
• ΔT = 100 − 15 = 85 °C
• Лавина плавления (парообразование) воды при 100°C: Lv ≈ 2260 кДж/кг
• КПД нагревателя η = 0,20

1. Энергия для нагрева воды от 15°C до 100°C: q1 = m · c · ΔT = 20 · 4,18 · 85 ≈ 7 106 кДж

2. Энергия на парообразование воды: q2 = m · Lv = 20 · 2260 ≈ 45 200 кДж

3. Всего необходимая энергия Q: Q = q1 + q2 ≈ 7 106 + 45 200 ≈ 52 306 кДж = 52,31 МДж

4. Энергия, которая должна выделиться при сгорании угля с учетом КПД: Энергия топлива E_fuel = Q / η ≈ 52,31 МДж / 0,20 ≈ 261,6 МДж

5. Сколько килограммов каменного угля нужно (для оценки): Уголь каменного типа имеет пределяемый теплотворный коэффициент (калорийность) примерно в диапазоне:

• около 24 МДж/кг (частый ориентир),
• до 28–29 МДж/кг у более качественного угля.

mass_coal ≈ E_fuel / CV

Примерные значения:

• При CV ≈ 24 МДж/кг: m_coal ≈ 261,6 / 24 ≈ 10,9 кг (примерно 11 кг)
• При CV ≈ 25 МДж/кг: m_coal ≈ 10,5 кг
• При CV ≈ 28 МДж/кг: m_coal ≈ 9,3 кг

Итого: примерно 9–11 кг каменного угля, в зависимости от фактической калорийности угля и заданного КПД. Если взять средний CV около 24–25 МДж/кг, получится примерно 10,5–11 кг.