Форум сайта alsak.ru
Задачи и вопросы по физике => Термодинамика. МКТ => Теплота. Тепловой баланс => : Антон Огурцевич 27 January 2016, 20:01
-
Сколько времени должен работать паровой стерилизатор до начала процесса, если производительность нагревательного элемента равна 2,5 кДж/мин при КПД равном 30%, а требуется стерилизовать 1 кг стального инструментария в 100 мл воды взятых при 20 град. Цельсия? Сделать рисунок. Биофизика.
-
Решение: воду и инструмент надо нагреть от комнатной температуры до температуры кипения. Тогда можно рассчитать необходимое количе-ство теплоты:
\[ Q={{c}_{1}}\cdot {{m}_{1}}\cdot ({{t}_{2}}-{{t}_{1}})+{{c}_{2}}\cdot {{m}_{2}}\cdot ({{t}_{2}}-{{t}_{1}}), \]
где c1=4200 Дж/кг∙К – удельная теплоёмкость воды; m1 = 0,1 кг – масса воды, m2 = 1кг – масса инструмента; t1=20ºС, t2 = 100ºС; с2=462 Дж/кг∙К – удельная теплоёмкость стали. Производительность элемента – это потреб-ляемая мощность, т.е. P = 2500 Дж/мин = 125/3 Дж/с = 125/3 Вт. Пусть А1 – количество теплоты, рассчитанное выше), A2 – затраченная работа, равная мощности умноженной на время работы. Воспользуемся понятием КПД:
\[ \begin{align}
& \eta =\frac{{{A}_{1}}}{{{A}_{2}}}=\frac{Q}{P\cdot t}=\frac{{{c}_{1}}\cdot {{m}_{1}}\cdot ({{t}_{2}}-{{t}_{1}})+{{c}_{2}}\cdot {{m}_{2}}\cdot ({{t}_{2}}-{{t}_{1}})}{P\cdot t}, \\
& t=\frac{{{c}_{1}}\cdot {{m}_{1}}\cdot ({{t}_{2}}-{{t}_{1}})+{{c}_{2}}\cdot {{m}_{2}}\cdot ({{t}_{2}}-{{t}_{1}})}{P\cdot \eta }. \\
\end{align} \]
\[ t=\frac{4200\cdot 0,1\cdot (100-20)+462\cdot 1\cdot (100-20)}{\frac{125}{3}\cdot 0,3}=5644,8. \]
Ответ: 5644,8 с = 94,1 мин = 1,57 ч.