5 Первый закон термодинамики

5.21 Теплота сгорания топлива, выражаемая в кДж/кг, может быть также выражена в кВт·ч/кг.

Принимая теплоту сгорания нефти равной 41900 кДж/кг, каменного угля 29300 кДж/кг, подмосковного бурого угля 10600 кДж/кг, выразить теплоту сгорания перечисленных топлив в кВт·ч/кг.

Ответ: Q_нефти=11,6 кВт·ч/кг, Q_угля=8,12 кВт·ч/кг, Q_б.у=2,94 кВт·ч/кг.

5.22 Использование атомной энергии для производства тепловой или электрической энергии в техническом отношении означает применение новых видов топлив – ядерных горючих. Количество энергии, выделяющейся при расширении 1 кг ядерных горючих, может быть условно названо их теплотой сгорания. Для урана эта величина равна 22,9 млн. кВт·ч/кг.

Во сколько раз уран как горючее эффективнее каменного угля с теплотой сгорания 27500 кДж/кг.

Ответ: В 3 млн. раз.

5.23 Важнейшим элементом атомной электростанции является реактор, или атомный котел. Тепловой мощностью реактора называют полное количество теплоты, которое выделяется в нем в течение 1 ч. Обычно эту мощность выражают в киловаттах.

Определить годовой расход ядерного горючего для реактора с тепловой мощностью 500000 кВт, если теплота сгорания применяемого для расщепления урана равна 22,9·10⁶ кВт·ч/кг а число часов работы реактора составляет 7000.

Ответ: В=153 кг в год.

5.24 Первая в мире атомная электростанция, построенная в СССР, превращает атомную энергию, выделяющуюся при реакциях цепного деления ядер урана, в тепловую, а затем в электрическую энергию. Тепловая мощность реактора атомной электростанции равна 30000 кВт, а электрическая мощность электростанции составляет при этом 5000 кВт.

Найти суточный расход урана, если выработка электроэнергии за сутки составила 120000 кВт·ч. Теплоту сгорания урана принять равной 22,9·10⁶ кВт·ч/кг. Определить также, какое количество угля, имеющего теплоту сгорания 25800 кДж/кг, потребовалось бы для выработки того же количества электроэнергии на тепловой электростанции, если бы к.п.д. ее равнялся к.п.д. атомной электростанции.

Ответ: В_урана=31 г/сут, В_угля=100 т/сут.

5.25 Теплоемкость газа при постоянном давлении опытным путем может быть определена в проточном калориметре. Для этого через трубопровод пропускают исследуемый газ и нагревают его электронагревателем (рис. 8). При этом измеряю количество газа, пропускаемое через трубопровод, температуры газа перед и за электронагревателем и расход электроэнергии. Давление воздуха в трубопроводе принимают неизменным.

Определить теплоемкость воздуха при постоянном давлении методом проточного калориметрирования, если расход воздуха через трубопровод М=690 кг/ч, мощность электронагревателя N_эл=0,5 кВт, температура воздуха перед электронагревателем t₁=18 ºC, а температура воздуха за электронагревателем t₂=20,6 ºC.

Ответ: с_рm=1,0 кДж/(кг·К).

5.26 Метод проточного калориметрирования, описанный в предыдущей задаче, может быть также использован для определения количества газа или воздуха, протекающего через трубопровод.

Найти часовой расход воздуха М кг/ч, если мощность электронагревателя N_эл=0,8 кВт, а приращение температуры воздуха t₂-t₁=1,8 ºC. Определить также скорость воздуха c в трубопроводе за электронагревателем, если давление воздуха 120 кПа, температура его за электронагревателем 20,2 ºС, а диаметр трубопровода 0,125 м.

Ответ: М=1600 кг/ч, с=25,4 м/c.

5.27 При испытании нефтяного двигателя было найдено, что удельный расход топлива равен 231 г/(кВт·ч).

Определить эффективный к.п.д. этого двигателя, если теплота сгорания топлива Q_н^р=41000 кДж/кг (9800 ккал/кг).

Ответ: η_е=0,38.

5.28 В сосуд, содержащий 5 л воды при температуре 20 ºС, помещен электронагреватель мощностью 800 Вт.

Определить, сколько времени потребуется, чтобы вода нагревалась до температуры кипения 100 ºС. Потерями теплоты сосуда в окружающую среду пренебречь.

Ответ: τ=35 мин.