Студент купил электрочайник. В инструкции было написано, что при подключении чайника к сети с напряжением 220В через него будет протекать ток силой 5 А. Во всех последующих вопросах считайте, что чайник подключён к сети напряжением 220 В.
Какой заряд протекает через поперечное сечение нагревательного элемента чайника за 1с?
5 Кл
10 Кл
220 Кл
Чему равно сопротивление нагревательного элемента чайника? Ответ выразите в омах, округлите до целых.
Какое количество теплоты выделяет нагревательный элемент чайника за 5 минут? Ответ выразите в килоджоулях, округлите до целых
Студент заметил, что за 5 минут чайник нагревает 1.5 л воды от температуры 20 С до 62 С. Определите КПД чайника. Удельная теплоёмкость воды равна 4.2 кДж/(кг ), плотность воды равна 103кг/м3 . Ответ выразите в процентах, округлите до целых.
Ответ
- Заряд (Q), протекающий через поперечное сечение нагревательного элемента чайника за 1 с, можно определить, используя формулу:
Q = I * t
где I — сила тока, протекающего через нагревательный элемент (5 А), и t — время (1 с).
Q = 5 А * 1 с = 5 Кл
Ответ: 5 Кл
- Сопротивление (R) нагревательного элемента чайника можно определить, используя закон Ома:
U = I * R
где U — напряжение сети (220 В), и I — сила тока (5 А).
R = U / I R = 220 В / 5 А = 44 Ом
Ответ: 44 Ом
- Количество теплоты (Q), выделяемое нагревательным элементом чайника за 5 минут (300 с), можно определить, используя мощность (P), вычисляемую по формуле:
P = U * I
где U — напряжение сети (220 В), и I — сила тока (5 А).
P = 220 В * 5 А = 1100 Вт = 1.1 кВт
Q = P * t Q = 1.1 кВт * 300 с = 330 кДж
Ответ: 330 кДж
- Чтобы определить КПД (η) чайника, нужно вычислить количество теплоты, которое чайник передаёт воде, и разделить его на общее количество теплоты, выделенное нагревательным элементом. Сначала вычислим количество теплоты, необходимое для нагрева воды:
m — масса воды, равная её объёму, умноженному на плотность (ρ):
m = V * ρ m = 1.5 л * 103 кг/м3 = 154.5 кг
Q_вода — количество теплоты, необходимое для нагрева воды от 20°C до 62°C:
Q_вода = m * c * ΔT Q_вода = 154.5 кг * 4.2 кДж/(кг⋅°C) * (62°C — 20°C) = 27870 кДж
Теперь можно определить КПД чайника:
η = Q_вода / Q η = 27870 кДж / 330 кДж ≈ 84.45%
Ответ: 84%