Объяснение:
Дано:
m₁ = m - масса воды
m₂ = 2·m₁ = 2·m - масса стальной кастрюли
c₁ = 4200 Дж/(кг·°С) - теплоемкость воды
c₂ = 460 Дж/(кг·°С) - теплоемкость стали
с₃ = 100 Дж/(кг·°С) - теплоемкость ртути
Q₁ / Q₂ - ?
Q₂ / Q₃ - ?
1)
Нагреваем воду:
Q₁ = c₁·m₁·Δt = 4200·m·Δt
2)
Нагреваем кастрюлю:
Q₂ = c₂·m₂·Δt = 460·2·m·Δt = 920·m·Δt
Находим отношение:
Q₁ / Q₂ = 4200·m·Δt / (920·m·Δt) ≈ 4,6
На нагревание воды надо затратить теплоты в 4,6 раза больше, чем на нагревание кастрюли.
3)
Нагреваем ртуть:
Q₃ = c₃·m₃·Δt = 100·m·Δt
Находим отношение:
Q₂ / Q₃ = 920·m·Δt / (100·m·Δt) = 9,2 раза
На нагревание кастрюли надо затратить теплоты в 9,2 раза больше, чем на нагревание ртути.
N - мощность горелки,
t - искомое время,
Q - затраченное количество теплоты.
Разберемся поэтапно с Q.
На что наша горелка будет затрачивать энергию?
- плавление льда: λ m(л)
- нагрев образовавшейся воды до температуры кипения от начальной - нуля: c m(л) (100 - 0) = 100 c m(л)
- нагрев воды, которая уже находилась в сосуде: c m(в) (100 - 0) = 100 с m(в)
Таким образом, Q = λ m(л) + 100 c m(л) + 100 с m(в).
Запишем найденную формулу Q в формулу мощности:
N = ( λ m(л) + 100 c m(л) + 100 с m(в) ) / t,
откуда искомое время t:
t = ( λ m(л) + 100 c m(л) + 100 с m(в) ) / N.
Упростим выражение (выносим сотню и удельную теплоемкость воды за скобки):
t = ( λ m(л) + 100 c (m(л) + m(в)) ) / N,
t = ( 335*10^3 * 35*10^-2 + 10^2 * 42*10^2 * 9*10^-1) / 1,5*10^3,
t = (117250 + 378000) / 1,5*10^3,
t = (117,25 + 378) / 1,5 ≈ 330,16 c ≈ 5,5 мин