Часть 4. Задача. Хватит ли энергии от сжигания 5 г природного газа, чтобы сварить 200 г кофе при температуре 20 °C, если КПД газовой плиты — 40%? Удельная теплоёмкость кофе 4200 Дж/(кг·°C), удельная теплота сгорания газа 44 МДж/кг. Поясните, почему такой низкий КПД, куда тратятся 60% полученной от сгорания газа энергии.

Дано: масса кофе — 0,2 кг; начальная температура — 20 °C; для оценки нагрева до кипения примем конечную температуру 100 °C; теплоёмкость — 4200 Дж/(кг·°C); масса газа — 0,005 кг; удельная теплота сгорания — 44 МДж/кг; КПД плиты — 0,40.

1. На нагрев кофе до кипения нужно:
   Q = mcΔT = 0,2 · 4200 · (100 − 20) = 67 200 Дж = 67,2 кДж.
2. Энергия, выделившаяся при сгорании газа:
   E = mq = 0,005 · 44 000 000 = 220 000 Дж = 220 кДж.
3. Полезная энергия, переданная кофе:
   Eпол = 0,40 · 220 000 = 88 000 Дж = 88 кДж.
4. Сравниваем: 88 кДж > 67,2 кДж. Следовательно, по этой оценке энергии хватит; на нагрев до кипения останется около 20,8 кДж полезной энергии.

Часть энергии уходит на нагрев конфорки, посуды и окружающего воздуха. Горячие продукты сгорания и воздух уносят тепло мимо посуды; также есть потери из-за излучения и испарения воды. Поэтому до кофе доходит только часть энергии топлива.

Ответ: да, хватит, если требуется нагреть кофе от 20 °C до примерно 100 °C и не учитывать испарение и нагрев посуды.