В чайник из алюминия m = 400 г налили воду объемом 2 л при t=10°C и поставили на газовую горелку, доведя систему до кипения (t=100°C). Какая масса природного газа сгорела, если на тепловые процессы ушла половина энергии сгоревшего топлива?

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для решения этой задачи рассмотрим энергию, необходимую для нагрева воды массой 400 г на 90°C (100°C - 10°C) и испарения этой воды:

Q1 = mcΔT + ml,

где m - масса воды, c - удельная теплоемкость воды, ΔT - изменение температуры, l - удельная теплота испарения.

Q1 = 0.4 кг 4200 Дж/(кг°C) 90°C + 0.4 кг 2260 кДж/кг = 151200 Дж + 904 кДж = 152104 кДж.

Половина этой энергии ушла на нагревание и испарение воды. Так как энергия подавалась через газовую горелку, то нужно учитывать КПД установки. Пусть КПД горелки равен η. Следовательно, весьма логично, что полная энергия сгорания топлива будет равна:

Q2 = 2 * Q1 / η.

Так как на тепловой процесс ушла половина энергии, то масса газа s, которая сгорела, определяется соотношением:

s = Q2 / k, где k - удельная теплота сгорания природного газа.

Поэтому масса природного газа s, которая сгорела, равна:

s = 2 * 152104 кДж / ηк = 1520.4 кДж / ηк.