НЕСФ 2010, 9. клас — Задача 3. Парен локомотив.

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО, МЛАДЕЖТА И НАУКАТА Национално есенно състезание по физика Варна, 6 ноември 2010 г. Тема за 9 клас · 6 ноември 2010 г.

Условие

Парен локомотив се задвижва от парна машина. Нейният принцип на работа се състои в следното: в пещ се изгарят въглища. С получената при горенето топлина в затворен котел се загрява вода, от която след кипене се получава пара под налягане. Кипенето се извършва при $t_{\Pi} = 210\ {}^{\circ}\mathrm{C}$, при което налягането на водната пара е $p_{\Pi} = 20\ \mathrm{atm}$ ($1\ \mathrm{atm} = 1{,}0\cdot 10^5\ \mathrm{Pa}$). При тези условия плътността на водната пара е $\rho_{\Pi} = 10\ \mathrm{kg/m^3}$. Тази пара се вкарва последователно в двете части на цилиндър, разделени от бутало. Когато буталото е в крайно ляво положение, парата се вкарва в лявата част. Когато буталото достигне крайно дясно положение, тази пара се изпуска навън и дясната част се напълва с нова пара, която задвижва буталото отново до лявото крайно положение. Тя отново се изпуска навън, пълни се пак лявата част на цилиндъра и така нататък. Посредством система от лостове се задвижва едно от колелата на локомотива. Ходът на буталото (от ляво крайно до дясно крайно положение) е $d = 50\ \mathrm{cm}$, а площта му $S = 0{,}1\ \mathrm{m^2}$. Диаметърът на колелото е $D = 1{,}0\ \mathrm{m}$. Намерете:

Специфична топлина на изгаряне на въглища (топлината, отделяща се при изгаряне на 1 kg въглища): $\lambda_{\mathrm{изг}} = 20\ \mathrm{MJ/kg}$ Специфична топлина на кипене на вода при 20 atm и 210 °C: $\lambda_{\mathrm{кип}} = 1{,}9.\ \mathrm{MJ/kg}$ Специфичен топлинен капацитет на водата: $c = 4{,}2\ \mathrm{kJ/kg.K}$ Начална температура на студената вода: $t_0 = 20\ {}^{\circ}\mathrm{C}$

а) количеството въглища $m_{\mathrm{въгл}}$ (в kg), необходимо да се получи от студена вода 1 kg пара при описаните условия; [2 т.]

б) работата $A$, извършена от парата за един оборот на колелото; [2 т.]

в) коефициента на полезно действие $\eta$ на парната машина; [3 т.]

г) разхода на вода $M_{\mathrm{вода}}$ на локомотива за изминато разстояние $l = 10\ \mathrm{km}$; [2 т.]

д) разхода на въглища $M_{\mathrm{въгл}}$ на локомотива за изминато разстояние $l = 10\ \mathrm{km}$. [1 т.]

Отговори

Решение

---

Оригинал в Архива: esenni_2010_9problems.pdf · официални решения: esenni_2010_9solutions.pdf