Сколько каменного угля необходимо сжечь, чтобы полностью расплавить 5 тонн цинка, который находится при температуре 20°С? При этом на полезную работу расходуется 80% тепла, выделенного при сгорании каменного угля.

Физика 9 класс Тепловые процессы и энергия каменный уголь расплавить цинк температура 20°C полезная работа тепло сгорания угля Новый

Для решения задачи нам нужно рассчитать, сколько тепла потребуется для плавления 5 тонн цинка, а затем определить, сколько каменного угля нужно сжечь для получения этого количества тепла.

Шаг 1: Определение количества тепла, необходимого для плавления цинка.

Для плавления вещества необходимо знать его массу, начальную и конечную температуры, а также теплоту плавления. В нашем случае:

• Масса цинка (m) = 5 тонн = 5000 кг.
• Температура плавления цинка (Tпл) = 419,5 °C.
• Начальная температура (Tнач) = 20 °C.
• Теплота плавления цинка (Lпл) = 205 кДж/кг.

Сначала нам нужно нагреть цинк от 20 °C до 419,5 °C, а затем расплавить его. Для этого мы используем формулу для расчета тепла:

Q = m * c * ΔT + m * Lпл

где:

• Q – общее количество тепла;
• c – удельная теплоемкость цинка (примерно 0,39 кДж/(кг·°C));
• ΔT – изменение температуры (Tпл - Tнач).

Шаг 2: Расчет изменения температуры.

ΔT = Tпл - Tнач = 419,5 °C - 20 °C = 399,5 °C.

Шаг 3: Подсчет тепла для нагрева и плавления.

Теперь подставим значения в формулу:

1. Тепло, необходимое для нагрева:

Q1 = m * c * ΔT = 5000 кг * 0,39 кДж/(кг·°C) * 399,5 °C = 778,725 кДж.

2. Тепло, необходимое для плавления:

Q2 = m * Lпл = 5000 кг * 205 кДж/кг = 1025000 кДж.

Шаг 4: Общее количество тепла.

Q = Q1 + Q2 = 778,725 кДж + 1025000 кДж = 1025778,725 кДж.

Шаг 5: Расчет количества каменного угля.

Теперь нам нужно узнать, сколько каменного угля необходимо сжечь для получения этого количества тепла. При сгорании 1 кг каменного угля выделяется примерно 29,3 МДж (или 29300 кДж).

Поскольку на полезную работу расходуется 80% тепла, то необходимо учитывать это в расчетах:

Полезное тепло = 0,8 * Q = 0,8 * 1025778,725 кДж = 820622,980 кДж.

Теперь рассчитаем, сколько каменного угля нужно:

Количество угля = Полезное тепло / Тепло от 1 кг угля = 820622,980 кДж / 29300 кДж/кг ≈ 27,98 кг.

Ответ: Для полного расплавления 5 тонн цинка необходимо сжечь примерно 28 кг каменного угля.