Question

Чайник мощностью 2 кВт может вскипятить 2 л воды температурой равной 15 (градусов Цельсия) за 5 мин. Найти КПД чайника.

Answer 1

Тепловая мощность нагревателя чайника равна
Q/t = W
За время t нагреватель выделит количество теплоты Q равное
Q = Wt
Коль скоро кпд нагревателя равно η, то часть этой энергии будет передана воде:
Q₁ = ηQ = ηWt
Этой энергии хватило на то, чтобы вода массой m прогрелась с начальной температуры t₁ до температуры кипения 100⁰ С
Q₁ = mC(100 - t₁) = ηWt
откуда для кпд получаем

η = mC(100 - t₁)/Wt
где
m = 2 кг
С = 4200 Дж на кг на град - удельная теплоёмкость воды
t₁ = 15 C - начальная температура воды
W  = 2000 Вт - мощность кипятильника чайника
t = 5 мин = 300 сек - время прогрева воды до температуры кипения
кпд этого чайника равно:
η = 2·4200·(100 - 15)/2000·300 = 697 000/600 000 = 1,19

Ответ: таких чайников не бывает.

Даже при 100% кпд кипятильника мощностью в 2000 Вт, всё равно количество тепла в 697 000 Дж, которое необходимо для нагрева 2 литров воды от 15 градусов до 100 градусов, сотворить за 5 минут невозможно: потребуется по крайней мере  697 000/2000 = 349 сек или 5 минут и 49 секунд. Так что либо время не 5 минут, либо вода теплее 15 градусов, либо литров меньше, либо мощность больше.
Ну или чайник надо срочно исследовать на предмет осуществления двигателя первого рода, выделяющего энергии больше, чем потребляет...