Задание EBA1C7: Молекулярная физика и термодинамика

1. Масса сухих дров M = 1,8 кг, их удельная теплота сгорания λ = 8,3·10⁶ Дж·кг⁻¹. Начальная температура воды t₁ = 10 °C; при нормальном атмосферном давлении кипение начинается при t₂ = 100 °C. Для воды c = 4200 Дж·кг⁻¹·К⁻¹. Требуется масса воды m, которую можно довести до кипения.
Система отсчёта связана с сосудом. Рассматриваем передачу энергии, а не движение тел; оси и силы не нужны. В окружающую среду уходит доля β = 0,95 теплоты, поэтому воде достаётся доля η = 1 − β = 0,05. Отдельного расхода на нагрев сосуда в принятой модели нет.

2. Энергия сгорания и полезная теплота:
Q = Mλ, Q₁ = ηQ.
Подстановка:
Q = 1,8 кг·8,3·10⁶ Дж·кг⁻¹ = 14940000 Дж.
Q₁ = 0,05·14940000 Дж = 747000 Дж.

3. Воду нужно только нагреть до начала кипения, а не испарить. Поэтому скрытую теплоту парообразования не добавляем:
mc(t₂ − t₁) = Q₁.
m = Q₁c(t₂ − t₁).
Подстановка:
m = 747000 Дж4200 Дж·кг⁻¹·К⁻¹·90 К ≈ 1,976 кг.

4. Проверка. При найденной массе нагрев требует около 747 кДж. Доля этой энергии в энергии сгорания:
η = Q₁Q.
η = 747000 Дж14940000 Дж = 0,05.
Значит, потери составляют 95%, как и требуется. Ответ: около 2,0 кг воды.