Question

Фізика 8 клас Яку масу води можна нагріти від 20 градусів цельсія до кипіння за 5 хв електрокип'ятильником опором 100 Ом та ККД 80% від мережі 220 В?

Answer 1

Відповідь:

Для розрахунку маси води, яку можна нагріти, ми можемо використати рівняння електроенергії.

Електроенергія, що виділяється в нагрівальному елементі електрокип'ятильника, може бути обчислена за формулою:

E = P * t,

де E - електроенергія (в джоулях),

P - потужність електрокип'ятильника (ваттах),

t - час (в секундах).

Потужність електрокип'ятильника можна визначити, використовуючи формулу:

P = V^2 / R,

де P - потужність (ватти),

V - напруга (в вольтах),

R - опір (в омах).

Значення напруги V дорівнює 220 В, а опір R дорівнює 100 Ом. Підставляючи ці значення в формулу, отримуємо:

P = (220^2) / 100 = 48400 / 100 = 484 Вт.

Тепер, знаючи потужність електрокип'ятильника, ми можемо розрахувати електроенергію, використовуючи формулу:

E = P * t.

Так як ви хочете нагріти воду протягом 5 хвилин, t буде дорівнювати 5 * 60 = 300 секундам. Підставляючи значення, отримуємо:

E = 484 * 300 = 145200 Дж.

Однак, врахуйте коефіцієнт корисної дії (ККД) електрокип'ятильника, який становить 80%. ККД відображає ефективність перетворення електроенергії на теплову енергію. Щоб врахувати ККД, поділимо розраховану електроенергію на ККД:

E_ккд = E / ККД = 145200 / 0.8 = 181500 Дж.

Тепло, яке виділяється електрокип'ятильником, використовується для нагрівання води. Тепло Q можна обчислити, використовуючи рівняння:

Q = m * c * ΔT,

Пояснення:

Answer 2

Для вирішення цієї задачі ми можемо використати закон Джоуля-Ленца, який описує співвідношення між енергією, силою струму і опором електричного кола.

Згідно до цього закону, енергія, яка виділяється у вигляді тепла в електричному колі, пропорційна квадрату сили струму, опором електричного кола та часу проходження струму через коло.

Формулу для розрахунку енергії можна записати наступним чином:

E = I^2 * R * t,

де E - енергія (в джоулях), I - сила струму (в амперах), R - опір електричного кола (в омах), t - час (в секундах).

Також нам дано, що коефіцієнт корисної дії (ККД) електрокип'ятильника становить 80%, а напруга в мережі - 220 В.

ККД визначаємо формулою:

ККД = Корисна робота / Витрачена енергія,

де Корисна робота в даному випадку - це кількість тепла, що виділяється воді під час нагріву.

Ми маємо:

ККД = 0,8 = Корисна робота / Витрачена енергія.

Перетворимо це рівняння, щоб знайти Корисну роботу:

Корисна робота = ККД * Витрачена енергія.

Витрачена енергія може бути визначена за формулою з закону Джоуля-Ленца:

Витрачена енергія = I^2 * R * t.

Отже, ми маємо:

Корисна робота = 0,8 * I^2 * R * t.

Тепер ми можемо орієнтовно розрахувати масу води, яку можна нагріти за вказаний час.

Для цього ми використовуємо співвідношення між кількістю тепла, масою води і її температурним підйомом:

Q = m * c * Δt,

де Q - кількість тепла (в джоулях), m - маса води (в кілограмах), c - специфічна теплоємність води (приблизно 4200 Дж/кг·°C), Δt - зміна температури води.

Тепло, що виділяється воді внаслідок нагріву, рівне кількості тепла, яку дає електрокип'ятильник, тобто Корисній роботі.

Тому:

0,8 * I^2 * R * t = m * c * Δt.

Ми знаємо час (5 хвилин), опір (100 Ом), ККД (0,8) та напругу (220 В).

Щоб вирішити це рівняння, нам потрібно знати силу струму (I), але на цей момент ми не маємо достатньо інформації.

Отже, для того, щоб знайти масу води, яку можна нагріти, нам необхідно знати силу струму, яка протікає через електрокип'ятильник. До постановки задачі вам потрібно знати це значення