Ответ:
Дано:
- Объем воды в самоваре: V = 5 л
- Начальная температура воды: t1 = 20 °C
- Конечная температура воды: t2 = 100 °C
- КПД самовара: η = 25% = 0.25
- Удельная теплоемкость воды: cв ≈ 4200 Дж/(кг·°C)
- Плотность воды: ρв ≈ 1 кг/л (или 1000 кг/м³)
- Удельная теплота сгорания древесного угля: qу ≈ 20 МДж/кг = 20 * 106 Дж/кг
Найти:
- Массу угля: mу
Решение:
Сначала найдем массу воды в самоваре:
mв = V * ρв = 5 л * 1 кг/л = 5 кг
Теперь рассчитаем, какое количество теплоты требуется для нагревания воды:
Qнагр = cв * mв * Δt
Δt = t2 - t1 = 100 °C - 20 °C = 80 °C
Qнагр = 4200 Дж/(кг·°C) * 5 кг * 80 °C
Qнагр = 4200 * 400 Дж = 1680000 Дж
Учтем КПД самовара. Только 25% выделяемой при сгорании угля энергии идет на нагревание воды. Поэтому общее количество теплоты, которое должно выделиться при сгорании угля (Qвыд), должно быть больше Qнагр:
Qвыд = Qнагр / η
Qвыд = 1680000 Дж / 0.25
Qвыд = 6720000 Дж
Теперь найдем массу угля, необходимую для выделения такого количества теплоты, используя формулу:
Qвыд = qу * mу
Выразим mу:
mу = Qвыд / qу
mу = 6720000 Дж / (20 * 106 Дж/кг)
mу = 6720000 / 20000000 кг
mу = 0.336 кг
Переведем в граммы:
mу = 0.336 кг * 1000 г/кг = 336 г
Ответ: 336 г
