Сколько каменного угля требуется, чтобы полностью расплавить железную болванку массой 15 кг. Начальная температура болванки 20°С.

1). Прежде чем железо начнёт плавиться, необходимо его нагреть до температуры плавления железа, то есть до 1539 градусов по шкале Цельсия. Для того, чтобы рассчитать, какое количество теплоты должна получить железная болванка при нагревании от температуры 20 градусов до температуры 1539 градусов, воспользуемся формулой: Q = m • c • Δt. Масса болванки m = 15 кг. Удельная теплоёмкость железа с = 460 Дж / (кг • град), изменение температуры Δt = 1539 - 20; Δt = 1519 градуса. Получаем Q = 15 кг • 460 Дж / (кг • град) • 1519 град, Q = 10481100 Дж.

2). Чтобы рассчитать, какое количество теплоты должна получить болванка для перехода в жидкое состояние, воспользуемся формулой Q = λ • m, где удельная теплота плавления железа λ = 0,27 МДж/кг. Подставляем значения физических величин: Q = 15 кг • 270000 Дж/кг = 4050000 Дж.

3). Найдём, сколько всего потребуется энергии на оба процесса. Q = 10481100 Дж + 4050000 Дж = 14531100 Дж.

4). Чтобы рассчитать, сколько каменного угля потребуется на то, чтобы полностью расплавить железную болванку, воспользуемся формулой для расчёта выделившейся теплоты при сгорании топлива: Q = q • m, тогда масса топлива m = Q : q, где удельная теплота сгорания каменного угля q = 27 МДж/кг. Будем считать, что всё выделившееся тепло передаётся только железу. m = 14531100 Дж: 27 000000 Дж/кг = 0,5382 кг.

Ответ: потребуется 0,5382 кг каменного угля.