Сколько потребуется древесного угля,чтобы расплавить и превратить в пар 2 кг льда при нормальном давлении...

Для расплавления и превращения 2 кг льда при начальной температуре -10 градусов Цельсия в пар при нормальном давлении потребуется энергия на нагревание и испарение льда.

Сначала расплавим лед до комнатной температуры (0 градусов Цельсия) и нагреем его до кипения (100 градусов Цельсия), затем испарим его. Для этого используем формулу:

Q = m c ΔT

где Q - теплота, необходимая для нагревания вещества, m - масса вещества, c - удельная теплоемкость вещества, ΔT - изменение температуры.

Сначала найдем теплоту, необходимую для нагревания и расплавления льда:

Q1 = (2 кг) (334 Дж/кгК) * (10 К) = 6680 Дж

Затем найдем теплоту, необходимую для испарения льда:

Q2 = (2 кг) * (2260 Дж/кг) = 4520 Дж

Общая теплота, необходимая для превращения 2 кг льда в пар, равна:

Q = Q1 + Q2 = 6680 Дж + 4520 Дж = 11200 Дж

Для расплавления и превращения 2 кг льда в пар при КПД установки 12,5% потребуется:

Q_потреб = Q / КПД = 11200 Дж / 0,125 = 89600 Дж

Теплота, выделяемая при сжигании древесного угля, равна примерно 30 МДж/кг. Таким образом, для превращения 2 кг льда в пар потребуется:

Масса угля = Q_потреб / (30 МДж/кг) = 89600 Дж / (30 * 10^6 Дж/кг) ≈ 0,003 кг или 3 г древесного угля.

Таким образом, для превращения 2 кг льда в пар при нормальном давлении при помощи древесного угля потребуется около 3 г.

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть несколько этапов процесса нагревания и фазового перехода льда в пар. Процесс состоит из следующих этапов:

1. Нагрев льда от -10°C до 0°C
2. Плавление льда при 0°C
3. Нагрев воды от 0°C до 100°C
4. Переход воды в пар при 100°C

Для каждого из этих этапов необходимо рассчитать количество тепла, а затем учесть КПД установки для определения необходимого количества энергии, которое следует получить от сжигания древесного угля.

1. Нагрев льда от -10°C до 0°C

Формула для расчета количества тепла, необходимого для нагрева вещества: [ Q = mc\Delta T ]

где:

• ( m ) — масса льда (2 кг),
• ( c ) — удельная теплоемкость льда (около 2.1 кДж/кг·°C),
• ( \Delta T ) — изменение температуры (10°C).

[ Q_1 = 2 \times 2.1 \times 10 = 42 \text{ кДж} ]

2. Плавление льда

Количество тепла, необходимое для плавления льда, рассчитывается по формуле: [ Q = mL ]

где:

• ( L ) — удельная теплота плавления льда (около 334 кДж/кг).

[ Q_2 = 2 \times 334 = 668 \text{ кДж} ]

3. Нагрев воды от 0°C до 100°C

[ Q = mc\Delta T ]

где:

• ( c ) — удельная теплоемкость воды (около 4.18 кДж/кг·°C).

[ Q_3 = 2 \times 4.18 \times 100 = 836 \text{ кДж} ]

4. Переход воды в пар

[ Q = mL ]

где:

• ( L ) — удельная теплота парообразования воды (около 2260 кДж/кг).

[ Q_4 = 2 \times 2260 = 4520 \text{ кДж} ]

Общая энергия

Суммируя все этапы, получаем общее количество тепла: [ Q_{\text{total}} = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 = 42 + 668 + 836 + 4520 = 6066 \text{ кДж} ]

Учёт КПД установки

Так как КПД установки составляет 12,5%, это значит, что только 12,5% от энергии, выделяемой при сжигании угля, будет использовано для нагревания. Таким образом, фактическое количество энергии, которое необходимо получить от угля, будет:

[ Q{\text{needed}} = \frac{Q{\text{total}}}{\text{КПД}} = \frac{6066}{0.125} = 48528 \text{ кДж} ]

Расчет количества древесного угля

Удельная теплота сгорания древесного угля составляет приблизительно 29 кДж/г. Масса угля, необходимая для получения нужного количества тепла:

[ m{\text{угля}} = \frac{Q{\text{needed}}}{Q_{\text{угля}}} = \frac{48528}{29} \approx 1673 \text{ г} ]

Таким образом, потребуется около 1673 граммов древесного угля для выполнения этой задачи.