Question

Фізика 8 клас Дам 45 балів 1. Знайти кількість теплоти яка виділиться в провіднику за 5 хв по якому тече струм 500 мА. Опір провідника 4 Ом. 2. Визначити силу струму мідного провідника опором 5 мОм, площа поперечного перерізу якого 3,4 міліметрів квадратних, якщо провідник підключений до джерела струму напругою 12 В. 3. Знайти масу води яку нагрівають від 20 градусів цельсія до кипіння протягом 10 хв електронагрівником по якому тече струм 2 А від мережі напругою 220 В. ККД нагрівника 30%.

Answer 1

1.

Кількість теплоти, яка виділиться в провіднику, можна знайти за формулою:

Q = I^2 * R * t

де I - сила струму, R - опір провідника, t - час.

Підставляємо відомі значення і отримуємо:

Q = (0.5 A)^2 * 4 Ω * 300 s = 0.6 кДж.

Отже, за 5 хв по провіднику протікає струм, який виділяє 0.6 кДж теплоти.

2.

Сила струму в мідному провіднику можна знайти за формулою:

I = U / R

де U - напруга джерела струму, R - опір провідника.

Площу поперечного перерізу виразимо у метрах: 3.4 мм^2 = 3.4 * 10^(-6) м^2.

Опір провіника: R = ρ * l / S, де ρ - питомий опір міді, l - довжина провідника.

Підставляємо відомі значення і отримуємо:

R = (0.017 Ом-мм²/м) * (1 м / 1000 мм) * (l / 3.4 * 10^(-6) м^2) = 5 мОм.

Тоді сила струму:

I = 12 V / 5 мОм = 2.4 кА.

Отже, в мідному провіднику протікає струм силою 2.4 кА.

3.

Кількість теплоти, яка виділиться в електронагрівнику, можна знайти за формулою:

Q = P * t

де P - потужність нагрівника, t - час.

Потужність нагрівника можна знайти за формулою:

P = U * I * η

де U - напруга джерела струму, I - сила струму, η - ККД нагрівника.

Підставляємо відомі значення:

P = 220 V * 2 A * 0.3 = 132 Вт.

Кількість теплоти, яку виділить електронагрівник за 10 хв:

Q = 132 Вт * 10 * 60 s = 79.2 кДж.

Теплова енергія, необхідна для нагрівання води:

Q = m * c * ΔT

де m - маса води, c - питома води, ΔT - різниця температур.

Підставляємо відомі значення:

Q = 79.2 кДж

c = 4.18 Дж/г*К

ΔT = 100 - 20 = 80 градусів Цельсія

Знаходимо масу води:

m = Q / (c * ΔT) = 79.2 кДж / (4.18 Дж/г*К * 80 K) ≈ 236 г

Отже, необхідно нагріти близько 236 грамів води від 20 градусів до кипіння протягом 10 хв за допомогою електронагрівника зі зазначеними параметрами.

Answer 2

1. Знайти кількість теплоти, яка виділиться в провіднику за 5 хв по якому тече струм 500 мА і опір провідника 4 Ом.

Спочатку визначимо силу струму в амперах (A), яка тече через провідник: I = 500 мА = 0.5 A

За допомогою закону Ома (U = I * R), де U - напруга, I - сила струму, R - опір, знайдемо напругу (U) на провіднику: U = I * R = 0.5 A * 4 Ом = 2 В

Тепер, знаючи напругу, силу струму і час, можемо знайти кількість теплоти (Q), що виділиться в провіднику за 5 хв (300 секунд), використовуючи формулу:

Q = U * I * t

Q = 2 В * 0.5 A * 300 с = 300 Дж

Отже, кількість теплоти, яка виділиться в провіднику, складає 300 Дж.

2. Визначити силу струму мідного провідника опором 5 мОм, площею поперечного перерізу 3,4 мм², якщо провідник підключений до джерела струму напругою 12 В.

Спочатку перетворимо площу поперечного перерізу провідника в квадратні метри:

3,4 мм² = 3,4 * 10^(-6) м²

Зараз ми можемо знайти опір провідника (R) відносно його поперечного перерізу, використовуючи формулу для опору провідника:

R = ρ * (L / A)

де ρ - специфічний опір матеріалу (для міді при кімнатній температурі близько 1.68 * 10^(-8) Ом * м), L - довжина провідника, A - площа поперечного перерізу.

Не вказана довжина провідника, тому ми не можемо обчислити точний опір. Знайдемо формулу для сили струму (I), використовуючи закон Ома:

U = I * R

12 В = I * (5 * 10^(-3) Ом)

I = 12 В / (5 * 10^(-3) Ом) = 2400 A

Отже, сила струму в мідному провіднику дорівнює 2400 А.

3. Знайти масу води, яку нагріють від 20 градусів Цельсія до кипіння протягом 10 хв електронагрівником, по якому тече струм 2 А від мережі напругою 220 В, при ККД нагрівника 30%.

Спочатку знайдемо кількість теплоти (Q), яка виділиться в нагрівнику за допомогою закону Ома:

Q = U * I * t

Q = 220 В * 2 А * 600 с = 264000 Дж

Тепер знайдемо масу води (m), яку можна нагріти на цю кількість теплоти, використовуючи специфічну теплоємність води (c):

Q = m * c * ΔT

де ΔT - зміна температури, c - специфічна теплоємність води (приблизно 4.186 Дж/(г∙°C)).

264000 Дж = m * 4.186 Дж/(г∙°C) * (100 - 20)°C

264000 Дж = m * 4.186 Дж/(г∙°C) * 80°C

m = 264000 Дж / (4.186 Дж/(г∙°C) * 80°C) ≈ 792 г

Отже, маса води, яку можна нагріти від 20 градусів Цельсія до кипіння за допомогою цього електронагрівника протягом 10 хв, становить приблизно 792 грами.