Question

Пожалуйста, решите задачу по физике! СРОЧНООО!!! Электрический кипятильник с КПД 80% изготовлен из нихромовой проволоки длиной 23,5 м и включён в сеть с напряжением 220 В. За 20 минут с его помощью было нагрето 4 л воды от 10°С до 90 °С. Какова площадь поперечного сечения проволоки, из которой был изготовлен кипятильник? Ответ укажите в единицах СИ.

Answer 1

Q=cm(t2-t1)=4кг*4200дж/кг*с * (90-10)=1344000Дж (Это Q полезное ,  а нам нужно найти Qзатр ) , КПД=Q полезное*100%/ Qзатр    Qзатр=(Q полезное*100%)/КПД=1344000Дж*100%/80%=1680000Дж ,  P=Aзатр/t=1680000Дж/1200с=1400Вт ,  Р=U*I ⇒I=P/U=1400Вт/220 В=6A   , R=U/I=220 В/6A=37Oм ,  R=pL/S ⇒ p=RS/L=37Oм*0,84 мм/23.5 м=1,3 Oм 

Answer 2

Для решения этой задачи нам понадобится использовать закон сохранения энергии. Мы знаем, что электрический кипятильник имеет КПД 80%, что означает, что 80% электроэнергии, поданной в него, преобразуется в тепловую энергию для нагрева воды. Таким образом, 20% электроэнергии теряется в виде потерь.

Первым шагом найдем общую энергию, которая была подана в кипятильник за 20 минут:

Электроэнергия (ватт-часах) = Напряжение (В) × Ток (А) × Время (ч) Электроэнергия = 220 В × Ток × (20 минут / 60 минут)

Так как эффективность кипятильника составляет 80%, то тепловая энергия, выделенная для нагрева воды, будет равна 80% от общей электроэнергии.

Тепловая энергия (ватт-часах) = 0,8 × 220 В × Ток × (20 минут / 60 минут)

Далее, мы можем использовать формулу для вычисления тепловой энергии, необходимой для нагрева воды:

Q = mcΔT

где: Q - тепловая энергия (ватт-часах) m - масса воды (кг) c - удельная теплоемкость воды (приближенно равна 4.18 Дж/(градус·грамм)) ΔT - изменение температуры (градусы Цельсия)

Мы нагрели 4 л воды от 10°C до 90°C, что составляет 4 кг воды и ΔT = 90°C - 10°C = 80°C.

Теперь мы можем выразить тепловую энергию Q, используя эту формулу, и приравнять ее к тепловой энергии, выделенной кипятильником:

Q = mcΔT = 4 кг × 4.18 Дж/(градус·грамм) × 80°C = 1340.8 Дж

Тепловая энергия, выделенная кипятильником, равна 1340.8 Дж. Теперь мы можем приравнять это значение к тепловой энергии, полученной из электроэнергии:

1340.8 Дж = 0.8 × 220 В × Ток × (20 минут / 60 минут)

Теперь мы можем решить уравнение относительно тока (Ток):

Ток = (1340.8 Дж / (0.8 × 220 В × (20 минут / 60 минут)))

Ток = 6.24 Ампера

Теперь мы можем использовать закон Ома, чтобы найти сопротивление проволоки:

U = I × R

где: U - напряжение (220 В) I - ток (6.24 Ампера) R - сопротивление проволоки (омы)

R = U / I = 220 В / 6.24 Ампера ≈ 35.26 Ом

Теперь мы можем использовать формулу для сопротивления проволоки:

R = ρ * (L / A)

где: R - сопротивление проволоки (омы) ρ - удельное сопротивление нихромовой проволоки (приближенно равно 1.10 x 10^-6 Ом·м) L - длина проволоки (23.5 м) A - площадь поперечного сечения проволоки (квадратные метры)

Мы знаем сопротивление проволоки (R) и удельное сопротивление (ρ), поэтому мы можем найти площадь поперечного сечения проволоки (A):

A = ρ * (L / R) = (1.10 x 10^-6 Ом·м) * (23.5 м / 35.26 Ом)

A ≈ 7.33 x 10^-7 квадратных метров

Ответ: Площадь поперечного сечения проволоки, из которой был изготовлен кипятильник, составляет примерно 7.33 x 10^-7 квадратных метров.