Какое количество воды при температуре 10°с можно довести до кипения и затем превратить в пар теплотой,...

Чтобы решить эту задачу, нам нужно определить количество тепла, выделяемого при сгорании каменного угля, и использовать его для нагрева воды и превращения её в пар.

Шаг 1: Определение теплоты сгорания угля

Теплота сгорания каменного угля варьируется в зависимости от его состава, но в среднем составляет около 24 МДж/кг (мегаджоулей на килограмм).

Для 3 кг угля:

[ Q_{\text{уголь}} = 3 \, \text{кг} \times 24 \, \text{МДж/кг} = 72 \, \text{МДж} ]

Шаг 2: Расчет теплоты, необходимой для нагрева воды до кипения

Теплоёмкость воды ( c ) составляет примерно 4.18 кДж/(кг·°C). Нам нужно нагреть воду с 10°C до 100°C, то есть на 90°C.

Теплота, необходимая для нагрева 1 кг воды:

[ Q_{\text{нагрев}} = m \times c \times \Delta T = m \times 4.18 \, \text{кДж/(кг·°C)} \times 90 \, \text{°C} ]

Шаг 3: Расчет теплоты, необходимой для превращения воды в пар

Теплота парообразования для воды ( L ) равна примерно 2260 кДж/кг.

Теплота, необходимая для превращения 1 кг воды в пар:

[ Q_{\text{пар}} = m \times L = m \times 2260 \, \text{кДж/кг} ]

Шаг 4: Суммарное количество теплоты

Сумма теплоты для нагрева и парообразования 1 кг воды:

[ Q{\text{всего}} = Q{\text{нагрев}} + Q_{\text{пар}} = m \times (4.18 \times 90 + 2260) \, \text{кДж} ]

[ Q_{\text{всего}} = m \times (376.2 + 2260) \, \text{кДж} ]

[ Q_{\text{всего}} = m \times 2636.2 \, \text{кДж} ]

Шаг 5: Определение массы воды

Теперь мы знаем, что общее количество тепла, выделяемого углем, равно 72 МДж, или 72000 кДж.

Приравняем это к теплу, необходимому для нагрева и парообразования:

[ 72000 = m \times 2636.2 ]

[ m = \frac{72000}{2636.2} \approx 27.31 \, \text{кг} ]

Таким образом, количество воды, которое можно довести до кипения и превратить в пар теплотой, выделяемой при полном сгорании 3 кг каменного угля, составляет примерно 27.31 кг.

Для расчета необходимо использовать удельную теплоту парообразования воды и теплоту сгорания каменного угля.

1. Сначала определим количество теплоты, выделяемое при сгорании 3 кг каменного угля. Удельная теплота сгорания каменного угля составляет примерно 30 МДж/кг. Следовательно, общее количество теплоты, выделяемое при сгорании 3 кг каменного угля, равно 3 кг * 30 МДж/кг = 90 МДж.

2. Далее определим количество теплоты, необходимое для нагрева и испарения воды. Удельная теплота испарения воды при 100°C составляет примерно 2,26 МДж/кг. Однако для нагрева воды от 10°C до 100°C нужно еще дополнительное количество теплоты. Удельная теплоемкость воды составляет примерно 4,18 кДж/(кг*°C). Таким образом, общее количество теплоты, необходимое для нагрева и испарения воды, можно рассчитать по формуле:

Q = mc(T2-T1) + m*λ,

где Q - общее количество теплоты, m - масса воды, c - удельная теплоемкость воды, λ - удельная теплота испарения воды, T1 - начальная температура, T2 - конечная температура.

Подставив известные значения (m = ?, c = 4,18 кДж/(кг*°C), λ = 2,26 МДж/кг, T1 = 10°C, T2 = 100°C), мы можем определить массу воды, которую можно довести до кипения и превратить в пар с использованием теплоты, выделяемой при сгорании 3 кг каменного угля.