Электрический чайник со спиралью нагревательного элемента сопротивлением 30 ОМ включен в сеть напряжением 220В. а) Какое количество теплоты выделится в нагревательном элементе за 4 минуты? б) Определите КПД электрочайника, если в нем можно вскипятить за это же время 1 кг. воды, начальная температура которой 20C. Удельная теплоемкость воды 4,19 кДж*К. в) Какая часть воды могла бы выкипеть за это же время работы электрочайника, если бы сопротивление спирали нагревательного элемента юыло равно 25 Ом? Удельная теплота парообразования воды 2,3 МДж/кг.

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

а) Для решения этой задачи используем формулу для вычисления количества теплоты, выделенного в нагревательном элементе:

Q = I^2 R t

где Q - количество выделенной теплоты, I - сила тока, R - сопротивление нагревательного элемента, t - время.

Сначала найдем силу тока в цепи:

U = I * R
I = U / R
I = 220 В / 30 Ом
I = 7,33 А

Теперь можем найти количество теплоты:

Q = (7,33 А)^2 30 Ом 240 сек = 5107,56 Дж

Ответ: в нагревательном элементе выделится 5107,56 Дж теплоты.

б) Для определения КПД электрочайника воспользуемся формулой:

КПД = (полезная мощность / затраченная мощность) * 100%

Полезная мощность можно найти как количество теплоты, необходимое для вскипячивания 1 кг воды:

Q1 = m c deltaT
Q1 = 1 кг 4,19 кДж (100C - 20C) = 335,2 кДж

Теперь найдем затраченную мощность:

P = U I
P = 220 В 7,33 А = 1612,6 Вт

КПД = (335,2 кДж / 240 сек 1000) / (1612,6 Вт 240 сек) * 100% ≈ 0,139

Ответ: КПД электрочайника составляет около 13,9%.

в) Для определения части воды, которая могла бы выкипеть, используем формулу:

Q2 = m L
Q2 = m 2,3 МДж
Q2 = 1 кг * 2,3 МДж = 2300 кДж

Теплота, выделенная в нагревательном элементе для этого случая:

Q' = (7,33 А)^2 25 Ом 240 сек = 4600 Дж

Часть воды, которая могла бы выкипеть:

m' = Q' / L = 4600 Дж / 2300 кДж = 0,002 кг

Ответ: за это же время работы электрочайника сопротивлением 25 Ом смогла бы выкипеть только 2 грамма воды.