Решение: Тепловой баланс при сгорании топлива
Сжигая 80 г бензина, воду массой 5 кг нагревают от 20 °C до 100 °C и частично переводят в пар. Сколько воды превратилось в пар, если при сгорании бензина 60 % энергии передаётся на нагревание воды?
Решение по шагам
5 шаговЗапишем энергию, переданную воде при сгорании бензина. Используем удельную теплоту сгорания бензина $q = 4{,}6 \cdot 10^7\ \text{Дж/кг}$.
$$Q_\text{полезн} = \eta q m_\text{топл}$$Переведём массу бензина в килограммы и вычислим полезную энергию:
$$Q_\text{полезн} = 0{,}6 \cdot 4{,}6 \cdot 10^7 \cdot 0{,}08 = 2{,}208 \cdot 10^6\ \text{Дж}$$Вычислим количество теплоты, необходимое для нагревания воды от 20 °C до 100 °C. Удельная теплоёмкость воды $c = 4200\ \text{Дж/(кг·°C)}$.
$$Q_\text{нагрев} = cm\Delta T = 4200 \cdot 5 \cdot (100 - 20) = 1{,}68 \cdot 10^6\ \text{Дж}$$Оставшаяся энергия пошла на парообразование части воды:
$$Q_\text{парообразование} = Q_\text{полезн} - Q_\text{нагрев} = 2{,}208 \cdot 10^6 - 1{,}68 \cdot 10^6 = 5{,}28 \cdot 10^5\ \text{Дж}$$Используем удельную теплоту парообразования воды $L = 2{,}3 \cdot 10^6\ \text{Дж/кг}$ и найдём массу испарившейся воды:
$$m_\text{пар} = \frac{Q_\text{парообразование}}{L} = \frac{5{,}28 \cdot 10^5}{2{,}3 \cdot 10^6} \approx 0{,}23\ \text{кг}$$В пар превратилось примерно 0,23 кг воды, или 230 г.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывать, что только 60 % энергии сгорания передаётся воде.
Не вычитать из полезной энергии тепло, затраченное на нагревание воды.
Использовать массу воды 5 кг в формуле парообразования вместо массы испарившейся части.
Не перевести 80 г бензина в килограммы.