Определите КПД спиртовки, если при нагревании на ней 150 г воды от 10 до 60 °С израсходовано 5 г спирта. Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°С), удельная теплота сгорания спирта 27 МДж/кг.

Дано:

• Масса воды: $m_1 = 150\text{ г} = 0{,}15\text{ кг}$

• Начальная температура воды: $t_1 = 10\,^\circ\text{C}$

• Конечная температура воды: $t_2 = 60\,^\circ\text{C}$

• Масса сгоревшего спирта: $m_2 = 5\text{ г} = 0{,}005\text{ кг}$

• Удельная теплоёмкость воды: $c = 4200\text{ Дж/(кг}\cdot^\circ\text{C)}$

• Удельная теплота сгорания спирта: $q = 27\text{ МДж/кг} = 27\,000\,000\text{ Дж/кг}$

Найти: КПД спиртовки $\eta$.

Решение

1. Определим количество теплоты, полученное водой при нагревании.

Используем формулу:

Подставим известные значения:

Таким образом, вода получила 31 500 Дж теплоты.

2. Определим количество теплоты, выделившееся при сгорании спирта.

Используем формулу:

Подставим значения:

При сгорании 5 г спирта выделилось 135 000 Дж теплоты.

3. Вычислим КПД спиртовки.

Коэффициент полезного действия показывает, какая часть выделившейся при сгорании топлива энергии была использована для нагревания воды.

КПД определяется по формуле:

Подставим полученные значения:

Ответ:

КПД спиртовки составляет примерно 23,3%. Это означает, что только 23,3% энергии, выделившейся при сгорании спирта, пошло на нагревание воды. Остальная энергия расходовалась на нагревание окружающего воздуха, посуды и другие тепловые потери.