2. Определите количество природного газа, необходимое для того, чтобы довести до кипения воду в чайнике, которым вы пользуетесь. Почему на практике газа требуется больше? Как уменьшить расход газа?

Так как масса воды и её начальная температура в условии не указаны, рассмотрим условный пример: в чайнике находится 1 кг воды температурой 20 °C. Коэффициент полезного действия примем равным 40%; теплоёмкостью чайника пренебрежём.

Дано: \(m_\text{в}=1\) кг; \(t_1=20\ ^\circ\text{C}\); \(t_2=100\ ^\circ\text{C}\); \(c=4200\) Дж/(кг·°C); \(q=4.4\cdot10^7\) Дж/кг; \(\eta=0.4\).

1. Определим изменение температуры: \(\Delta t=t_2-t_1=100-20=80\ ^\circ\text{C}\).
2. Теплота, необходимая для нагревания воды: \(Q_\text{пол}=cm_\text{в}\Delta t=4200\cdot1\cdot80=336000\) Дж.
3. С учётом КПД энергия, выделившаяся при сгорании газа, должна быть равна: \(Q_\text{топл}=\frac{Q_\text{пол}}{\eta}=\frac{336000}{0.4}=840000\) Дж.
4. Масса природного газа: \(m_\text{газа}=\frac{Q_\text{топл}}{q}=\frac{840000}{4.4\cdot10^7}\approx0.019\) кг, то есть примерно 19 г.

На практике газа требуется больше, потому что часть теплоты уходит в окружающую среду, нагревает чайник и воздух, теряется при неполном сгорании газа. Кроме того, вода может испаряться, а КПД нагревателя меньше 100%.

Чтобы уменьшить расход газа, нужно закрывать чайник крышкой, использовать подходящую по размеру посуду, поддерживать чистоту горелки, не делать пламя чрезмерно большим и выключать газ сразу после закипания воды.

Ответ: в условном примере потребуется примерно 0.019 кг, или 19 г, природного газа. Реальное значение зависит от массы воды, её начальной температуры и КПД чайника.