4. На газовую плиту поставили чайник, вмещающий воду объемом 3 л при температуре 20°С. Определите массу природного газа, который потребуется сжечь, если после кипячения в чайнике оказалось 2,5 л кипятка. КПД плиты 30%. Тепловым расширением воды пренебречь.

Дано: Объем воды начальный (V_1) = 3 л = 0.003 м³ Объем воды конечный (V_2) = 2.5 л = 0.0025 м³ Начальная температура воды (t_1) = 20°C Конечная температура воды (t_2) = 100°C (температура кипения) КПД (η) = 30% = 0.3 Плотность воды (ρ) = 1000 кг/м³ Удельная теплоемкость воды (c) = 4200 Дж/(кг*°C) Удельная теплота сгорания газа (q) = 4.4 * 10^7 Дж/кг (значение приблизительное, так как не указан газ) Найти: Масса газа (m_г) Решение: 1. Масса воды, которая нагревается: m_в = ρ*V_2 = 1000 кг/м³ * 0.0025 м³ = 2.5 кг. 2. Количество теплоты, необходимое для нагрева воды: Q_полез = c * m_в * (t_2 - t_1). 3. Q_полез = 4200 Дж/(кг*°C) * 2.5 кг * (100°C - 20°C) = 4200 * 2.5 * 80 = 840000 Дж. 4. Количество теплоты, которое выделяет газ при сгорании: Q_затр = m_г * q. 5. КПД = Q_полез / Q_затр, отсюда Q_затр = Q_полез / КПД. 6. m_г * q = Q_полез / КПД. 7. Выразим массу газа: m_г = Q_полез / (КПД * q). 8. Подставим значения: m_г = 840000 / (0.3 * 4.4 * 10^7) = 840000 / 13200000 = 0.0636 кг. Ответ: Масса природного газа, который потребуется сжечь, 0.0636 кг.