Решение

Тепловое сопротивление определяется как

К/Вт,

где l – длина проводника тепла, м;

λ – коэффициент теплопроводности материала проводника, Вт/м² ∙ К);

А – поперечное сечение проводника тепла, м².

Тепловой поток Вт,

где ∆Т - разность температур на концах проводника тепла, К.

Таким образом, если площадь соприкосновения двух контактирующих тел составляет лишь 30% их максимальной площади, то тепловое сопротивление увеличивается R_Т/0,3, и тепловой поток составит лишь 30% максимально возможного.

4. Что энергетически выгоднее принять душ или ванну при условии одинаковой длительности процедуры - 5 минут и одинаковой температуры воды?

Решение

Рабочая емкость ванны составляет 200 литров. Критерием выгодности будет количества израсходованной воды. Для ванны — это 200 л (0,2 м³).

Объем жидкости израсходованной для душа

м³,

где W– объем жидкости, м³,

А – площадь сечения трубы равная 0,785 d², м², где d – диаметр трубы, м,

V – скорость течения жидкости, м/с,

t – время, за которое протекает данный объем, с.

Скорость истечения жидкости может быть определена как

м/с,

где g – 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

h– высота столба жидкости, например h = 10 м.

При напоре 10 м, суммарном диаметр сечения сетки душа 0,005 м (5 мм), расход воды за 5 минут составит

Следовательно, душ в данном случае энергетически выгоднее в 0,2 : 0,082 ≈ 2,5 раза.

5. В двигателе внутреннего сгорания на каждые 4 л бензина образуется примерно 2 л окислов азота. Сколько окислов азота выбрасывается в атмосферу города, если ежегодно каждый автомобиль пробегает 40 тыс. км при среднем расходе 15 л на 100 км? В городе зарегистрировано 10 тыс. автомобилей.

Решение

Каждый автомобиль в год расходует литров бензина.

При этом выделяется литров окислов азота.

В целом выбрасывается в атмосферу за год (3000 ∙ 10000) : 1000 = 30000 м³ окислов азота.

6. Осветительные приборы, установленные в подъездах и на лестничных клетках жилых домов - это значительный резерв экономии электрической энергии.

Решение

Сделаем примерный расчет. Предположим, что на лестничной клетке, где Вы живете, горит электрическая лампа накаливания мощностью 40 Вт. В некоторых домах лампа горит круглые сутки! Энергия, которую потребляет эта лампа в сутки, составляет 0,04 кВт ∙ 24 часа = 0,96 кВт∙ч/сутки.

Если это дом девятиэтажный, то потребленная энергия в каждом подъезде составит 0,96 кВт∙ч ∙ 9 = 8,64 кВт∙ч/сутки. Для шестиподъездного дома это будет 8,64кВт∙ч ∙ 6 = 51,84кВт∙ч/сутки.

В год девятиэтажный шестиподъездный дом потребляет энергии на освещение подъездов 51,84 кВт∙ч ∙ 365 дней = 18921,6 кВт∙ч/год =19 МВт∙ч/год.

Стоимость потребленной энергии при тарифе 0,7 руб/ кВт∙ч составляет 19000 кВт∙ч /год ∙ 0,7 руб/ кВт∙ч = 13300 руб/год.

Практикум - 2

Измерение энергии дома

Каждый вечер в течение недели вы должны списывать показания счетчика электрической энергии. Таким образом, вы выясните, сколько энергии вы используете дома.