Дано:
C = С(кастрюли) = 76 Дж/°С
m = 500 г = 0,5 кг
t1 = 20 °C
t2 = 100 °C
t = 20 мин
n = 40% = 0,4
v = v(сгорания спирта) = 1 г/мин = 10^(-3) кг/мин
c = с(воды) = 4200 Дж/(кг*°С)
q = q(спирта) = 29*10⁶ Дж/кг
L = 2300 кДж/кг = 2300000 = 23*10⁵ Дж/кг
m' = m(выкипевшей воды) - ?
Сначала нагревается кастрюля, потом через неё передаётся тепло воде. Вода нагревается до температуры кипения, затем начинает выкипать. Когда температура достигает 100 °С, всё передаваемое тепло через кастрюлю идёт на парообразование воды (температура воды уже не повышается, значит не повышается и температура кастрюли). За время t кастрюля получила количество теплоты Q1, вода для нагрева получила количество теплоты Q2 и для кипения - количество теплоты Q3. На всё это действо пошло количество теплоты Q, которую выделил спирт, сгорая. Составим уравнение теплового баланса:
Q = Q1 + Q2 + Q3
Q = q*m - количество теплоты, выделевшееся при сгорании спирта. Но, учитывая КПД спиртовки и скорость сгорания спирта, получаем:
m(спирта) = v*t
Q = Q(полезной)
n = Qп/Qз => Qп = n*Qз =>
=> n*Q(затраченной) = n*q*v*t
Q1 = C*(t2 - t1) - теплота, которую получила кастрюля
Q2 = c*m*(t2 - t1) - теплота для нагрева воды
Q3 = L*m' - теплота, которая пошла на парообразование воды. Подставляем всё в уравнение теплового баланса, выражаем m' и находим значение:
Q = Q1 + Q2 + Q3
n*q*v*t = C*(t2 - t1) + c*m*(t2 - t1) + L*m'
n*q*v*t = (t2 - t1)*(C + c*m) + L*m'
L*m' = n*q*v*t - (t2 - t1)*(C + c*m)
m' = (n*q*v*t - (t2 - t1)*(C + c*m)) : L = (0,4*29*10⁶*10^(-3)*20 - (100 - 20)*(76 + 4200*0,5)) : (23*10⁵) = (0,4*29*20*10³ - 80*2176)/(23*10⁵) = (8*29*10³ - 80*2176)/(23*10⁵) = (80*29*10³*10^(-1) - 80*2176)/(23*10⁵) = (80*(29*10² - 2176))/(23*10⁵) = (80*(2900 - 2176))/(23*10⁵) = (80*724)/(23*10⁵) = 57920/(23*10⁵) = 5792/(23*10⁴) = 5792/23000 = 0,25182... = 0,25 кг = 250 г (или, что то же самое, 250 мл)
ответ: 250 г (250 мл).
Тверде тіло
р, кг/м3
р, г/см3
Тверде тіло
р, кг/м3
р, г/см3
Осмій
22 600
22.60
Мармур
2700
2,7
Іридій
22 400
22.40
Скло віконне
2500
2,5
Платина
21 500
21,50
Порцеляна
2300
2,3
Золото
19 300
19,30
Бетон
2300
2,3
Свинець
11 300
11,30
Цегла
1800
1.8
Срібло
10 500
10,50
Цукор-рафінад
1600
1.6
Мідь
8900
8,90
Оргскло
1200
1.2
Латунь
8500
8,50
Капрон
1100
1.1
Сталь, залізо
7800
7,80
Поліетилен
920
0.92
Олово
7300
7,30
Парафін
900
0.92
Цинк
7100
7,10
Лід
900
0.90
Корунд
4020
4,00
Дуб (сухий)
700
0.70
Чавун
4000
4,00
Сосна (суха)
400
0.40
Алюміній
2700
2,70
Корок
240
0.24
