Зимнее чаепитие. Сколько нужно снега и дров

Зимнее чаепитие

Традиция русского чаепития имеет многовековую историю. Впервые чай появился на Руси в первой половине 17 века, он был привезён в подарок государю Михаилу Федоровичу от монгольского Алтан-хана Кучкуна. Чай стал очень популярным напитком, начиная со второй половины 18 века, когда появились первые русские самовары, известные теперь во всём мире. Особенно приятно пить чай в зимнее время года, когда стоит морозная погода, а чай согревает, придаёт бодрости и сил. Если вы оказались в загородном доме и вам хочется выпить чаю, а воды нет, то можно набрать чистого свежевыпавшего снега, растопить дровами русский самовар и приготовить восхитительный напиток – русский чай. Давайте попробуем разобраться, сколько нужно снега и дров, чтобы всех напоить горячим чаем.

Сначала рассчитаем сколько нужно снега, чтобы самовар объёмом 3 литра был полным. Учитывая, что 1 л = 1 дм3, находим массу воды объемом 3 литра:

m = 3·10-3 м3·1000 кг/м3=3 кг

Так как плотность свежевыпавшего снега примерно равна 150 кг/м3, то нам потребуется примерно 20 литров снега, то есть достаточно набрать два десятилитровых ведра снега.

Теперь рассчитаем количество дров, считая, что температура снега – 200С, а воду надо довести до кипения. Сначала снег надо нагреть до температуры плавления (00С), затем растопить снег и потом нагреть полученную воду до температуры кипения (1000С).

Количество теплоты, которое необходимо, чтобы нагреть снег до 00С рассчитывается по формуле:

Q1 = cснm (T2 – T1),

где cсн = 2100 Дж/(кг·0C)– удельная теплоёмкость снега,  – масса снега, T1 – начальная температура снега, T2 – конечная температура снега.

Подставляя значения, находим:

Q1 = 2100Дж/(кг·0 C)*3 кг * 200C)= 126 кДж

Чтобы растопить снег необходимо количество теплоты:

Q2 = λm,

где λ = 334 кДж/кг – удельная теплота плавления снега, тогда:

Q2=1002 кДж

Аналогично рассчитываем количество теплоты, необходимое для нагревания воды:

Q3=cвm(T3 – T2)

где cв = 4200 Дж/(кг·0С)– удельная теплоёмкость воды, m – масса воды, T2 – начальная температура воды, T3, – конечная температура воды.

Подставляя значения, находим:

Q3 = 4200 Дж/(кг·0С) * 3 кг * 1000С = 1260 кДж

Кроме этого, необходимо ещё нагреть сам самовар, изготовленный из латуни и имеющий комнатную температуру (200С), до температуры кипения воды:

Q4 = cлmс (T3 – T2)

где cл = 380 Дж / (кг·0С)– удельная теплоёмкость латуни, mс = 4 кг – масса самовара, T4 – начальная температура самовара, T3 – конечная температура воды.

Подставляя значения, находим:

Q4 = 380 Дж / (кг·0С)·4кг·800С =121,6 кДж

Складывая полученные значения, находим необходимое количество теплоты: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 2509,6 кДж

Самовар

Так как русский самовар имеет КПД примерно 15%, то дрова при сгорании должны выделить большее количество теплоты:

2509,6 кДж/0,15=16,7 МДж.

Чтобы рассчитать массу необходимых дров разделим полученную величину на удельную теплоту сгорания березовых (сосновых) дров (10,2 МДж/кг):

mдров = 16,7 МДж / 10,2МДж/кг = 1,637 кг

Таким образом, достаточно немногим более полутора килограмма дров.

 По предложенному методу мы предлагаем вам рассчитать:

  1. массу древесного угля (удельная теплота сгорания 34,4 МДж/кг), необходимого для получения 5 литров кипячёной воды из снега, имеющего температуру – 200С в латунном самоваре массы 5 кг;
  2. объём снега при температуре – 300С и массу сосновых дров, необходимых для получения 200 л воды при температуре 400 при помощи русской печи, считая её КПД равным 40%.

Комментарии (0)

Оставить комментарий

Вы комментируете как Гость.

Яндекс.Метрика