Отравление угарным газом. Расчетная задача.
Двигатель внутреннего сгорания автомобиля выделяет немало вредных веществ, в том числе крайне ядовитый для человека угарный газ. Зимой часто возникают случаи отравления, когда люди пытаются согреться в закрытом гараже при помощи включенного мотора. Такое решение может привести к потере сознания и даже смерти.
Рассчитайте, через сколько минут человек потеряет сознание от отравления угарным газом, если длина гаража 5,5 м, ширина 3 м, высота 2 м, а при повышении концентрации СО до 0,32 % возникает паралич и потеря сознания (смерть наступает через 30 минут). При решении считайте, что общий объем газов в гараже не изменяется. Ответ округлите в сторону меньшего целого числа.
Справочные данные: Исправный двигатель на холостом ходу потребляет 3,5 граммов воздуха в секунду. Потребление на холостом ходу - 1 л бензина в час. Масса 1 л бензина - 0,78 кг. 1 кг сжигаемого бензина приводит к образованию 16 кг смеси различных газов. В выхлопном газе 5% СО. Масса 1 м3 воздуха при стандартных атмосферных условиях (барометрическое давление 760 мм.рт.ст., t=+15оС) равна 1,225 кг. В случае необходимости применения газовых законов (таких как закон Авогадро или закон Гей-Люссака) несоответствием условий стандартным пренебречь. Концентрация СО в атмосферном воздухе очень мала, примите её равной нулю. Молекулярные массы: C - 12, O - 16, H - 1, N - 14, S - 32
Эту задачу можно решать несколькими способами, похожими друг на друга. В решении есть два ключевых момента: расчет скорости образования СО (в любых единицах измерения) и определение предельно допустимой концентрации СО в гараже (в любых единицах измерения). Приведем наиболее распространенный способ решения: рассчитаем, сколько угарного газа производит автомобиль за секунду работы двигателя. Если при сжигании килограмма бензина выделяется 16 кг газов, то при сжигании 0,78 кг (1 литра): 0.78 \cdot 16= 12,48 кг газов
В 1 часе - 3600 секунд. Вычислим скорость образования выхлопных газов:
12,48/3600 = 0,0035 кг/с = 3,5 г/с
Концентрация СО в этом газе - 5%. Значит 3,5 \cdot 0,05 = 0,175 г СО за секунду вырабатывает двигатель на холостом ходу.
Рассчитаем предельно допустимую концентрацию СО в этом гараже. Объем гаража: 5.5 \cdot 3 \cdot 2= 33 кубических метра.
Масса 1-го кубического метра воздуха равна 1,225 кг или 1225 г.
В 33 кубических метрах 1225 \cdot 33 = 40425 г воздуха.
Предельно допустимая концентрация СО составляет 0,32 % от массы воздуха в гараже: 40425 \cdot 0,32 = 129,36 г.
Теперь рассчитаем, за сколько секунд двигатель выработает такое количество СО: 129,36 г / 0,175г/сек = 739,2 секунд. Переведем эти секунды в минуты: 739,2 /60 = 12,32 минуты. После округления получаем 12 минут.
Ответ: через 12 минут.
Критерий оценки. 4б. за скорость образования СО (в любых единицах измерения). 4б. за предельно допустимую концентрацию СО в гараже (в любых единицах измерения). 3б. за правильный расчет времени.