Уравнение теплового баланса без фазовых переходов (окончание)

Рассмотрим случай, когда механическая энергия переходит во внутреннюю. Английский физик Дж. Джоуль пытался измерить, насколько нагреется вода в водопаде при ударе о землю.

3. С какой высоты должна падать вода, чтобы при ударе о землю её температура повысилась на 1 °С? Примите, что во внутреннюю энергию воды переходит половина её потенциальной энергии.

Полученный вами ответ объяснит, почему учёного постигла неудача. Примите во внимание, что опыты учёный ставил на родине, где высота самого высокого водопада — около 100 м.

Если тело нагревают с помощью электронагревателя или сжигая топливо, надо учитывать коэффициент полезного действия нагревателя. Например, если коэффициент полезного действия нагревателя равен 60 %, это означает, что увеличение внутренней энергии нагреваемого тела составляет 60 % от теплоты, выделившейся при сгорании топлива или при работе электронагревателя.

Напомним также, что при сгорании топлива массой m выделяется количество теплоты Q, которое выражается формулой

Q = qm,

где q — удельная теплота сгорания.

4. Чтобы довести 3 л воды в котелке от температуры 20 °С до кипения, туристам пришлось сжечь в костре 3 кг сухого хвороста. Чему равен коэффициент полезного действия костра как нагревательного прибора? Удельную теплоту сгорания хвороста примите равной 10⁷ Дж/кг.

5. С помощью электронагревателя пытаются довести до кипения 10 л воды, но вода не закипает: при включённом нагревателе её температура остаётся постоянной, ниже 100 °С. Мощность нагревателя 500 Вт, коэффициент полезного действия 90 %.

а) Какое количество теплоты передаётся за 1 с воде от нагревателя?

б) Какое количество теплоты передаётся за 1 с от воды окружающему воздуху при включённом нагревателе, когда температура воды остаётся постоянной?

в) Какое количество теплоты передаст вода за 1 мин окружающему воздуху сразу после выключения нагревателя? Считайте, что за это время температура воды существенно не изменится.

г) Насколько понизится температура воды за 1 мин сразу после выключения нагревателя?

<<< К началу