Комбинированная расчётная задача (высокий уровень) · 90 заданий
- Задание №22№22
Сжигая 40 г керосина, воду массой 2,5 кг нагревают от 20 °С до 100 °С и частично переводят в пар. Сколько воды превратилось в пар, если при сгорании к…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Сжигая 80 г бензина, воду массой 5 кг нагревают от 20 °С до 100 °С и частично переводят в пар. Сколько воды превратилось в пар, если при сгорании бенз…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Электродвигатель постоянного тока работает при напряжении 220 В и силе тока, равной 40 А. Полезная мощность двигателя равна 6,5 кВт. Чему равен КПД эл…
Работа и мощность электрического тока
- Задание №22№22
Определите напряжение на концах реостата, если мощность, потребляемая реостатом, равна 30 Вт. Реостат изготовлен из никелиновой проволоки длиной 6 м и…
Электрическое сопротивление
- Задание №22№22
В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущена спираль сопротивлением 2 Ом, подключённая к источнику тока напряжением 15 В. За какое…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Конькобежец массой 60 кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении предмет массой 1 кг со скоростью 24 м/с и откатывается на 40 с…
Сила трения
- Задание №22№22
В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущен электрический нагреватель мощностью 12,5 Вт. За какое время калориметр с водой нагреет…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Металлический шар массой m 1 = 2 кг упал на свинцовую пластину массой m 2 = 1 кг и остановился. При этом пластина нагрелась на 3,2 °С. С какой высоты…
Закон сохранения энергии
- Задание №22№22
Гиря падает на землю, ударяется о препятствие и нагревается от 30 °С до 100 °С. Чему была равна скорость гири перед ударом? Считать, что всё количеств…
Кинетическая и потенциальная энергия
- Задание №22№22
Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения 2,2 кг воды, начальная температура которой равна 10 ° С. Сила тока в нагревателе равна 7 А, КПД…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Высота плотины гидроэлектростанции (ГЭС) составляет 20 м, КПД ГЭС равен 90%. Сколько часов может светить лампа мощностью 40 Вт при прохождении через п…
Кинетическая и потенциальная энергия
- Задание №22№22
Имеются два одинаковых электрических нагревателя мощностью 600 Вт каждый. Сколько воды можно нагреть на 30 °С за 14 мин., если нагреватели включены по…
Количество теплоты. Теплоёмкость
Какое количество керосина израсходовали двигатели самолёта, пролетевшего расстояние 500 км со средней скоростью 250 чкм, если средняя полезная мощность его двигателей равна 2300 кВт? КПД двигателей равен 25%.
Решение
Решение.
Для решения задачи запишем условие, переведя все величины в Международную систему единиц (СИ).
Дано:
S=500 км=5⋅105 м
v=250чкм=3,6250≈69,44см (удобнее оставить в виде 3600250⋅1000=362500см)
P=2300 кВт=2,3⋅106 Вт
η=25%=0,25
q=4,6⋅107кгДж (удельная теплота сгорания керосина — табличное значение)
m−?
Анализ и формулы:
1. Коэффициент полезного действия (КПД) двигателя определяется как отношение полезной работы Aпол к полному количеству теплоты Q, выделившемуся при сгорании топлива:
η=QAпол
2. Полезную работу двигателя можно выразить через его среднюю мощность P и время полета t:
Aпол=P⋅t
3. Время полета t при движении с постоянной средней скоростью v на расстояние S равно:
t=vS
Следовательно, Aпол=P⋅vS
4. Количество теплоты Q, выделяющееся при полном сгорании керосина массой m, равно:
Q=q⋅m
5. Подставим выражения для работы и теплоты в формулу КПД:
η=v⋅q⋅mP⋅S
6. Из полученного уравнения выразим искомую массу керосина m:
m=η⋅v⋅qP⋅S
Вычисления:
Подставим числовые значения в рабочую формулу. Для удобства расчетов переведем скорость v в см непосредственно в выражении:
m=0,25⋅3600 с250⋅103 м⋅4,6⋅107кгДж2,3⋅106 Вт⋅5⋅105 м
Сначала найдем время полета t:
t=250чкм500 км=2 ч=7200 с
Теперь вычислим полезную работу:
Aпол=2,3⋅106 Вт⋅7200 с=16560⋅106 Дж=1,656⋅1010 Дж
Найдем полное количество теплоты, которое должно выделиться:
Q=ηAпол=0,251,656⋅1010 Дж=6,624⋅1010 Дж
Вычислим массу топлива:
m=qQ=4,6⋅107кгДж6,624⋅1010 Дж=1,44⋅103 кг=1440 кг
Ответ: m=1440 кг
Источник: ФИПИ