Задание №14 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

#44136Задание №14ФИПИ

Теплота сгорания топлива

Ниже приведена таблица удельной теплоты сгорания (q) различных видов топлива.

Топливо	q, $\frac{Дж}{кг}$	Топливо	q, $\frac{Дж}{кг}$
Порох	0,38·10⁷	Древесный уголь	3,4·10⁷
Дрова сухие	1,0·10⁷	Природный газ	4,4·10⁷
Торф	1,4·10⁷	Нефть	4,4·10⁷
Антрацит	3,0·10⁷	Бензин	4,6·10⁷
Каменный уголь	2,7·10⁷	Керосин	4,6·10⁷
Спирт	2,7·10⁷	Водород	12,0·10⁷

Из предложенного перечня утверждений выберите два правильных. Укажите их номера.

Зимой воздух в деревянном доме нагревается быстрее, если печь топить древесным углём, а не сухими дровами.

При полном сгорании 5 кг нефти выделяется меньшее количество теплоты, чем при полном сгорании 6 кг антрацита.

В двух одинаковых сосудах нагревали воду одинаковой массы, используя в качестве топлива в одном случае спирт, а в другом случае керосин такой же массы, как и спирт. При полном сгорании спирта температура воды выше, чем при полном сгорании керосина. Считать, что потери энергии на нагревание воздуха отсутствуют.

При полном сгорании 5 кг антрацита выделяется такое же количество теплоты, как и при полном сгорании 15 кг сухих дров.

Удельная теплота сгорания жидкого топлива в основном меньше, чем твёрдого.

Правильный ответ

Пояснение

Решение. Для анализа предложенных утверждений воспользуемся формулой для расчёта количества теплоты, выделяющегося при полном сгорании топлива: $Q = q \cdot m$ , где $q$ — удельная теплота сгорания топлива, $m$ — его масса.

Проанализируем каждое утверждение на основе данных таблицы:

1) Зимой воздух в деревянном доме нагревается быстрее, если печь топить древесным углём, а не сухими дровами.
Скорость нагрева воздуха зависит от мощности тепловыделения. При сгорании одинаковой массы топлива древесный уголь ( $q_{уг} = 3,4 \cdot 10^{7}$ Дж/кг) выделяет в 3,4 раза больше энергии, чем сухие дрова ( $q_{др} = 1,0 \cdot 10^{7}$ Дж/кг). Следовательно, при прочих равных условиях (одинаковая скорость сгорания массы) древесный уголь обеспечит более интенсивный нагрев. Утверждение верно.

2) При полном сгорании 5 кг нефти выделяется меньшее количество теплоты, чем при полном сгорании 6 кг антрацита.
Рассчитаем теплоту для нефти: $Q_{нефть} = 4,4 \cdot 10^{7} \text{ Дж/кг} \cdot 5 \text{ кг} = 22 \cdot 10^{7} \text{ Дж}$ .
Рассчитаем теплоту для антрацита: $Q_{антрацит} = 3,0 \cdot 10^{7} \text{ Дж/кг} \cdot 6 \text{ кг} = 18 \cdot 10^{7} \text{ Дж}$ .
Видим, что $22 \cdot 10^{7} > 18 \cdot 10^{7}$ , то есть при сгорании нефти выделится больше теплоты. Утверждение неверно.

3) При полном сгорании спирта температура воды выше, чем при полном сгорании керосина (массы топлива и воды одинаковы).
Удельная теплота сгорания спирта $q_{сп} = 2,7 \cdot 10^{7}$ Дж/кг, а керосина $q_{кер} = 4,6 \cdot 10^{7}$ Дж/кг. Так как $q_{сп} < q_{кер}$ , то при сгорании одинаковой массы спирт выделит меньше энергии, и вода нагреется слабее. Утверждение неверно.

4) При полном сгорании 5 кг антрацита выделяется такое же количество теплоты, как и при полном сгорании 15 кг сухих дров.
Рассчитаем теплоту для антрацита: $Q_{антрацит} = 3,0 \cdot 10^{7} \text{ Дж/кг} \cdot 5 \text{ кг} = 15 \cdot 10^{7} \text{ Дж}$ .
Рассчитаем теплоту для дров: $Q_{дрова} = 1,0 \cdot 10^{7} \text{ Дж/кг} \cdot 15 \text{ кг} = 15 \cdot 10^{7} \text{ Дж}$ .
Значения равны. Утверждение верно.

5) Удельная теплота сгорания жидкого топлива в основном меньше, чем твёрдого.
Сравним значения: жидкие топлива (нефть, бензин, керосин) имеют $q \approx 4,4 \text{--} 4,6 \cdot 10^{7}$ Дж/кг. Твёрдые топлива (дрова, торф, угли) имеют $q \approx 1,0 \text{--} 3,4 \cdot 10^{7}$ Дж/кг. Таким образом, у жидких топлив удельная теплота сгорания в основном выше. Утверждение неверно.

Ответ: 14

Источник: ФИПИ