Четыре дамы и молодой человек в вакууме. Нестандартные задачи обо всем на свете - читать онлайн книгу. Автор: Илья Леенсон cтр.№ 33

Если сосед живет близко и хозяин вернулся уже через две минуты, то к его приходу вода остынет меньше чем на 6^о (по мере остывания снижается и его скорость).

2. За первую минуту КПД = 100 % (вся выделяемая кипятильниками теплота идет на нагрев воды, поскольку она имеет почти ту же температуру, что и окружающий воздух, и потому потерями на его нагрев можно пренебречь). За первую минуту кипятильники выделили 2 кВт · 60 с = 120 кДж, и вся эта энергия ушла на нагрев воды. В течение следующего часа они выделили в 60 раз больше тепловой энергии, т. е. 7200 кДж, тогда как на нагрев воды ушло только 120 ∙ (51 – 21) = 3600 кДж. Таким образом, КПД = 3600/7200 = 50 %.

Перлы:))

Чаепития мистера Бина

На первый взгляд ситуация действительно парадоксальна: повышение мощности кипятильника в три раза привело к снижению потребляемой на кипячение воды энергии также в три раза. Вроде бы мощность нагревательного прибора вообще не должна влиять: втрое более мощный чайник вскипятит воду в три раза быстрее. Парадокс легко объясняется тем, что чайник действительно нагревает воду до кипения быстро, и при этом у него хорошая теплоизоляция, так что потери тепла невелики. Это и приводит к экономии. При медленном нагреве воды в банке кипятильником много тепла уходит в окружающий воздух, особенно при большом объеме воды. Если банка большая и воды много, мощности кипятильника вообще может не хватить на нагрев воды до кипения; при этом электроэнергии будет уходить много, а толку – никакого!

Чудесный трамвай

Средний рельс разделен на секции, при этом напряжение в каждый момент времени подается только на ту секцию, над которой находится трамвай.

Непростая линия

Провода под действием ветра раскачиваются и могут обломиться в месте их крепления к изоляторам. Висящие болванки (виброгасители, или антивибраторы) поглощают энергию вибрирующих проводов и уменьшают амплитуду вибрации около зажимов до безопасной величины. Это легко продемонстрировать, если закрепить один конец обычной веревки или шнура, недалеко от крепления привязать грузик, а свободный конец раскачивать.

Почти клинопись

1. ВОДА СЛИТА.

2. Такие таблички вывешивали на агрегатах, охлаждаемых водой, например на двигателях внутреннего сгорания, дровяных колонках и т. п. Воду сливали, например, когда агрегатом не пользовались в зимнее время (чтобы вода при замерзании не разорвала емкость). С другой стороны, табличка напоминала, что перед использованием в агрегат надо залить воду (иначе колонка при топке могла распаяться, а двигатель перегреться и выйти из строя). В старых фильмах видно, как из перегретого радиатора автомобиля валит пар.

3. Сейчас в автомобилях вместо водяного охлаждения используют специальную жидкость (антифриз), которая не замерзает даже в сильную стужу.

Или пан, или пропан

Правильный ответ – г. Покажем это детальным расчетом.

Если вы живете в городе, то к газовой плите на вашей кухне подведен, скорее всего, метан, поступающий по магистральному трубопроводу. Метан – основная составная часть природного газа, который широко используется в качестве горючего. В этом газе метана может быть от 60 до 99 %, остальное приходится на долю этана, пропана, бутана и пентана. Все эти газы не имеют запаха, поэтому к метану обычно добавляют ничтожные количества очень сильно пахнущего вещества, например изоамилмеркаптана (3-метилпентан-1-тиола) (CH₃)₂CHCH₂CH₂SH, что позволяет обнаружить по запаху утечку газа в жилых помещениях. Человек способен почувствовать запах этого соединения в количестве 2 ∙ 10^–12 г, т. е. две триллионные доли грамма! Метан – хорошее топливо, теплота его сгорания составляет 882 кДж/моль.

Жителям сельской местности хорошо знакомы красные баллоны с газом, которые используются там, где нет магистральных газопроводов. Такие же баллоны, только маленькие, возят с собой туристы, пользующиеся портативными газовыми плитками. Какой же газ находится в этих баллонах – может быть, тоже метан? Если покачать такой баллон, то легко почувствовать, что внутри плещется жидкость. Значит, газ в баллоне находится в сжиженном состоянии, и он никак не может быть метаном: ведь у метана критическая температура равна –82,3 ℃, и выше этой температуры метан невозможно превратить в жидкость ни при каком давлении. Такие баллоны заполняют пропаном (или смесью пропана с бутаном). У пропана критическая температура равна +96,8 ℃, у бутана – еще выше (+152 ℃). Но ведь метан дешевле, почему же его не закачивают в баллоны под давлением, а заполняют их сжиженным газом?

В принципе, в баллоны можно, конечно, закачать и метан. Но посмотрим, что выгоднее.

В химических лабораториях для хранения сжатых газов используют стандартные стальные баллоны объемом 40 л, которые выдерживают давление 150 · 10⁵ Па (150 атм); такие баллоны часто можно увидеть на стройках и в больницах, так как в них хранят также ацетилен и кислород. Так как метан – газ, близкий при комнатной температуре к идеальному, то легко подсчитать, что при нормальных условиях в баллоне поместится 40/22,4 = 1,78 моль газа. Под давлением же 150 · 10⁵ Па при температуре 20 ℃ в баллон войдет 250 молей метана, при сгорании которого выделится 2,2 · 10⁵ кДж (неидеальным поведением метана под давлением мы здесь пренебрегаем).

А теперь посмотрим, много ли энергии можно получить из заполненного, скажем, наполовину бытового газового баллона с жидким пропаном. Объем такого баллона – 50 л, плотность жидкого пропана вдвое меньше плотности воды (0,5 г/см³), а давление газообразного пропана, находящегося в равновесии с жидким, составляет при комнатной температуре 10,1 · 10⁵ Па (около 10 атм). Сначала найдем количество газообразного пропана: его объем равен 25 л (другая половина баллона занята жидкостью), а это соответствует 1,04 моля при атмосферном давлении, или 10,4 моля – при рабочем (10,1 · 10⁵ Па). Жидкая часть пропана имеет массу 12,5 кг, или 284 моля. Значит, всего в баллоне содержится 10,4 + 284 = 294,4 моль пропана. Уже из этих расчетов видно, насколько больше вещества содержит сжиженная часть пропана по сравнению с газообразной. Теплота сгорания пропана – 2202 кДж/моль, значит, даже наш полупустой баллон даст 294,4 · 2202 ≈ 6,5 · 10⁵ кДж, что втрое больше того количества, которое дал бы значительно более тяжелый и более опасный в обращении баллон со сжатым метаном.

Вредные оксиды

Правильный ответ – а. При высокой температуре азот, который поступает в топку или цилиндр с воздухом, реагирует с кислородом с образованием сначала NО, а затем NО₂.

Опасность полиэтилена

Правильный ответ – б. Полиэтилен содержит очень прочные и малореакционноспособные связи «углерод – углерод» и «углерод – водород». Поэтому это вещество разрушается с большим трудом (если не считать горения, для которого требуется высокая температура). Микроорганизмы (обитающие в болотах, водоемах) также не справляются с полиэтиленом (или справляются с большим трудом). В результате обычный полиэтиленовый пакет может десятилетиями лежать в неположенном месте практически без изменений. Это приводит к загрязнению окружающей среды и создает проблемы для очистки свалок. Однако энергия солнечного излучения (особенно его ультрафиолетовой части) достаточна для разрушения даже прочных химических связей в полиэтилене. Поэтому быстрее всего полимер будет разрушаться на ярком солнечном свету. Это легко заметить, например, по полиэтиленовой пленке парника, которая через несколько лет становится мутной и хрупкой.