1)
Энергия, которую даёт спирт массой m = 20 г = 0.02 кг:
Q = Lm, где L - удельная теплота сгорания спирта = 3 * 10^6 Дж/кг.
Вся энергия уходит на нагрев воды массой M:
Lm = cM(t - t₀), где c - удельная теплоёмкость воды = 4200 Дж/(кг * °С).
Отсюда M:
M = Lm / c(T - T₀)
M = (3 * 10^6 Дж/кг * 0.02 кг) / (4200 Дж/(кг * °С) * (100 °С - 20 °С)) ≈ 0,17857 кг = 178,57 г
2)
Энергия, которая потребовалась на нагревание воды:
Q = cm(T - T₀), где m - масса воды = 2 кг.
Формула энергии, которую выделяет электрическая сеть с некоторым напряжением U и силой тока I:
Q = UIt
Отсюда сила тока в цепи:
I = Q / Ut = cm(T - T₀) / Ut
I = (4200 Дж/(кг * °С) * 2 кг * (100 °С - 20 °С)) / (220 В * 1800 с) ≈ 1,7 А
Расчет шара с нагретым воздухом:
Fтяж = 17.85 Н
Fпод = 2.604 Н
Расчет шара с гелием:
Fпод = 11.1 Н
Объяснение:
Расчет шара с нагретым воздухом:
F(архимеда) = F(тяжести оболочки шара) + F(тяжести нагретого воздуха) + Fпод
Fпод = F(архимеда) - F(тяжести оболочки шара) - F(тяжести нагретого воздуха)
F(архимеда) = ро(плотность воздуха)*g*V
F(тяжести оболочки шара) = m*g
F(тяжести нагретого воздуха) = m*g
m = ро(плотность нагретого воздуха)*V
Fпод = ро(плотность нагретого воздуха)*g*V - m*g - ро(плоность нагретого воздуха)*V*g
Fпод = 1.29 кг/м^3 * 10 Н/кг * 1.76 м^3 - 0.25 кг * 10 Н/кг - 1 кг/м^3 * 1.76 м^3 * 10 Н/кг = 2.604 Н
F(тяжести) = F(тяжести оболочки шара) + F(тяжести нагретого воздуха)
F(тяжести) = m*g + ро(плотность нагретого воздуха)*g*V
F(тяжести) = 0.25 кг + 1 кг/м^3 * 10 Н/кг * 1.76 м^3 = 17.85 Н
Расчет шара с гелием:
F(архимеда) = F(тяжести гелия) + Fпод
Fпод = F(архимеда) - F(тяжести нагретого воздуха)
F(архимеда) = ро(плотность воздуха)*g*V
F(тяжести гелия) = ро(плотность гелия)*g*V
Fпод = ро(плотность воздуха)*g*V - ро(плотность гелия)*g*V
Fпод = g*V(ро(плотность воздуха) - ро(плотность гелия))
Fпод = 1 м^3 * 10 Н/кг((1.29 - 0.18)кг/м^3) = 11.1 Н