Какое количество спирта необходимо сожечь, чтобы получить из льда массой 1 кг и температурой −5 градусов воду

Тема занятия: Теплота сгорания

Разъяснение:

Чтобы решить эту задачу, нам нужно использовать понятие теплоты сгорания. Теплота сгорания - это количество тепла, выделяемого при полном сгорании вещества.

В данном случае мы сжигаем спирт, чтобы нагреть лед до температуры воды. Рассмотрим каждую часть задачи пошагово:

1. Сначала нам нужно найти количество тепла, необходимое для нагревания льда от его начальной температуры (-5 градусов) до 0 градусов. Для этого мы используем уравнение теплообмена:

Q1 = m * c * ΔT

где Q1 - количество тепла, m - масса льда (1 кг), c - удельная теплоемкость льда, ΔT - изменение температуры

В данном случае удельная теплоемкость льда равна 2.09 Дж/(г*градус), поэтому:

Q1 = 1 кг * 2.09 Дж/(г*градус) * 5 градусов = 10.45 кДж

2. Затем нам нужно найти количество тепла для перевода льда в воду при константной температуре 0 градусов. Для этого мы используем уравнение теплообмена:

Q2 = mL

где Q2 - количество тепла, m - масса льда (1 кг), L - удельная теплота плавления льда

Удельная теплота плавления льда равна 334 кДж/кг, поэтому:

Q2 = 1 кг * 334 кДж/кг = 334 кДж

3. Наконец, нам нужно найти количество тепла, необходимое для нагревания полученной воды от 0 градусов до 20 градусов. Для этого мы снова используем уравнение теплообмена:

Q3 = m * c * ΔT

где Q3 - количество тепла, m - масса воды, c - удельная теплоемкость воды, ΔT - изменение температуры

Поскольку масса воды равна 1 кг, а удельная теплоемкость воды равна 4.18 Дж/(г*градус), то:

Q3 = 1 кг * 4.18 Дж/(г*градус) * 20 градусов = 83.6 кДж

Теперь мы можем найти общее количество тепла, необходимое для выполнения всех трех шагов:

Q = Q1 + Q2 + Q3 = 10.45 кДж + 334 кДж + 83.6 кДж = 428.05 кДж

Наконец, чтобы получить количество спирта, необходимого для сжигания и выделения такого количества тепла, мы используем значение теплоты сгорания спирта. Давайте предположим, что теплота сгорания спирта составляет 30 кДж/г.

Тогда количество спирта, необходимого для сжигания, можно найти, разделив общее количество тепла на теплоту сгорания:

Количество спирта = Q / теплота сгорания = 428.05 кДж / 30 кДж/г = 14.27 грамм

Таким образом, необходимо сжечь приблизительно 14.27 грамма спирта, чтобы получить из льда массой 1 кг и температурой -5 градусов воду с температурой 20 градусов.

Совет:
- При решении задач по теплообмену важно правильно использовать уравнения теплообмена и учитывать все изменения температуры и состояния вещества.
- Важно помнить, что удельные теплоемкости и удельные теплоты различных веществ могут отличаться.

Упражнение:
Студенту удалось нагреть 500 граммов воды с начальной температурой 20 градусов до температуры кипения, которая составляет 100 градусов. Рассчитайте количество тепла, необходимое для этого процесса.