НЕСФ 2017, 10. клас — Задача 3. Топлина
Есенно национално състезание по физика, 17 - 19 ноември 2017 година — ТЕМА за 10. клас (четвърта състезателна група) · 17 ноември 2017 г. · 10 т.
Условие
Част 1
Вода е изпомпвана от централна отоплителна система със скорост . Температурата на водата, излизаща от бойлера, е , а температурата на водата, която се връща в бойлера, е . Приемете, че топлообменът между бойлера и околната среда е пренебрежим.
а) Намерете мощността на бойлера в kW. [2 т.] [2 т.]
Част 2
Лед с температура и маса 200 g се загрява, при което ледът се превръща във вода с температура .
б) Намерете количеството топлина , което получава ледът. [2 т.] [2 т.]
Получената вода (с маса g) се налива в алуминиев съд с маса и в нея се потапя лед, като съдът, ледът и водата са с равновесна температура . Пара с температура влиза в контакт със сместа, след което се установява равновесна температура . Топлообменът на тази система с околната среда е пренебрежим. Намерете:
в) масата на добавената пара ; [4 т.] [4 т.]
г) масата на водата , която се намира в алуминиевия съд, след като в системата се е установило термодинамично равновесие. [2 т.] [2 т.]
Упътване:
В част 2 работете в мерни единици калории (cal).
Необходими данни:
- плътност на водата –
- специфичен топлинен капацитет на водата –
- специфичен топлинен капацитет на леда –
- специфичен топлинен капацитет на алуминий –
- специфична топлина на кондензация на водата –
- топлина на топене на леда –
Решение
Част 1:
а) Топлината, която внася бойлерът, за да загрее вода с маса с температура , е [1т]. Следователно, ако с означим мощността на бойлера, имаме връзката , т.е. kW. [1т]
Част 2:
б) Търсената топлина е [1т], където е специфичният топлинен капацитет на леда, а е специфичната топлина на топене на леда. Следователно . [1т]
в) Количеството топлина, което поемат съдът, водата и ледът, е [1т], където по условие [1т]. Тази топлина идва за сметка на кондензираната пара и впоследствие охладената вода, т.е. [1т]. Така получаваме g. [1т]
г) Общото количество вода в съда е g. [2т]
Оригинал в Архива: esenni_2017_10problems.pdf · официални решения: esenni_2017_10solutions.pdf