Освещенная щель высоты h = 5 см проектируется с собирающей линзы с фокусным расстоянием F = 10 см на экран, отстоящий от линзы на расстоянии l= 12 см. Найти высоту Н изображения щели на экране. Распишите решение подробнее

Дано:

C = С(кастрюли) = 76 Дж/°С

m = 500 г = 0,5 кг

t1 = 20 °C

t2 = 100 °C

t = 20 мин

n = 40% = 0,4

v = v(сгорания спирта) = 1 г/мин = 10^(-3) кг/мин

c = с(воды) = 4200 Дж/(кг*°С)

q = q(спирта) = 29*10⁶ Дж/кг

L = 2300 кДж/кг = 2300000 = 23*10⁵ Дж/кг

m' = m(выкипевшей воды) - ?

Сначала нагревается кастрюля, потом через неё передаётся тепло воде. Вода нагревается до температуры кипения, затем начинает выкипать. Когда температура достигает 100 °С, всё передаваемое тепло через кастрюлю идёт на парообразование воды (температура воды уже не повышается, значит не повышается и температура кастрюли). За время t кастрюля получила количество теплоты Q1, вода для нагрева получила количество теплоты Q2 и для кипения - количество теплоты Q3. На всё это действо пошло количество теплоты Q, которую выделил спирт, сгорая. Составим уравнение теплового баланса:

Q = Q1 + Q2 + Q3

Q = q*m - количество теплоты, выделевшееся при сгорании спирта. Но, учитывая КПД спиртовки и скорость сгорания спирта, получаем:

m(спирта) = v*t

Q = Q(полезной)

n = Qп/Qз => Qп = n*Qз =>

=> n*Q(затраченной) = n*q*v*t

Q1 = C*(t2 - t1) - теплота, которую получила кастрюля

Q2 = c*m*(t2 - t1) - теплота для нагрева воды

Q3 = L*m' - теплота, которая пошла на парообразование воды. Подставляем всё в уравнение теплового баланса, выражаем m' и находим значение:

Q = Q1 + Q2 + Q3

n*q*v*t = C*(t2 - t1) + c*m*(t2 - t1) + L*m'

n*q*v*t = (t2 - t1)*(C + c*m) + L*m'

L*m' = n*q*v*t - (t2 - t1)*(C + c*m)

m' = (n*q*v*t - (t2 - t1)*(C + c*m)) : L = (0,4*29*10⁶*10^(-3)*20 - (100 - 20)*(76 + 4200*0,5)) : (23*10⁵) = (0,4*29*20*10³ - 80*2176)/(23*10⁵) = (8*29*10³ - 80*2176)/(23*10⁵) = (80*29*10³*10^(-1) - 80*2176)/(23*10⁵) = (80*(29*10² - 2176))/(23*10⁵) = (80*(2900 - 2176))/(23*10⁵) = (80*724)/(23*10⁵) = 57920/(23*10⁵) = 5792/(23*10⁴) = 5792/23000 = 0,25182... = 0,25 кг = 250 г (или, что то же самое, 250 мл)

ответ: 250 г (250 мл).

Найдем теплоту, нужную для того, чтобы вскипятить воду и нагреть алюминиевый котелок до 100 градусов цельсия. Q=c(воды)*m(воды)*dt+с(алюминия)*m(алюминия)*dt+λ*m(воды) ; dt=100-20=80 градусов цельсия; m=ρV; mводы=1000*0.5*10^-3=0.5 кг; λ(удельная теплота парообразования)=2.3*10^6 Дж/кг;  Q=4200*0.5*80+920*0.2*80+2.3*10^6*0.5=1332720 Дж;Максимальная теплота, которую могут выдать березовые дрова, Q1=qm; q=1.3*10^7 Дж/кг; Q1=1.3*10^7*1.4=18.2*10^6 Дж; Q1>Q, значит этого количества дров хватит для того, чтобы вскипятить воду. Доля энергии костра k=Q/Q1; k=1332720/(18.2*10^6)=0.073=7.3 %
ответ: 7.3 %