Какое время потребуется для закипания 0,5 кг воды при 20 °С, если электрокипятильник с сопротивлением 160 Ом подключен к сети с напряжением 220 В и КПД составляет 80%? Учитывая, что температура кипения воды равна 4200 Дж/кг·°С, а удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг·°С, ответ необходимо выразить в минутах. Пожалуйста, распишите все формулы.

Физика 11 класс Тепловые процессы и законы термодинамики время закипания воды электрокипятильник сопротивление напряжение КПД теплоемкость воды физика 11 класс расчет времени формулы физики удельная теплоёмкость Новый

Для решения данной задачи нам нужно определить, сколько энергии потребуется для нагрева 0,5 кг воды с 20 °C до 100 °C (температура кипения) и сколько времени потребуется для этого, учитывая мощность электрокипятильника и его КПД.

Шаг 1: Определим, сколько энергии нужно для нагрева воды.

Используем формулу для расчета необходимого количества тепла:

Q = m * c * ΔT

• Q - количество тепла (в Джоулях),
• m - масса воды (в кг),
• c - удельная теплоемкость воды (4200 Дж/кг·°С),
• ΔT - изменение температуры (в °C).

В нашем случае:

• m = 0,5 кг,
• c = 4200 Дж/кг·°С,
• ΔT = 100 °C - 20 °C = 80 °C.

Подставим значения в формулу:

Q = 0,5 * 4200 * 80 = 168000 Дж.

Шаг 2: Определим мощность электрокипятильника с учетом КПД.

Сначала найдем полную мощность, используя формулу:

P = U² / R

• P - полная мощность (в ваттах),
• U - напряжение (в вольтах),
• R - сопротивление (в омах).

Подставим значения:

P = 220² / 160 = 302.5 Вт.

Теперь учтем КПД (80% или 0.8):

P_эффективная = P * КПД

P_эффективная = 302.5 * 0.8 = 242 Вт.

Шаг 3: Найдем время, необходимое для нагрева воды.

Используем формулу для времени:

t = Q / P_эффективная

Подставим значения:

t = 168000 / 242 ≈ 694.2 секунд.

Шаг 4: Переведем время в минуты.

Чтобы перевести секунды в минуты, делим на 60:

t_минуты = 694.2 / 60 ≈ 11.57 минут.

Ответ: Для закипания 0,5 кг воды при 20 °C потребуется примерно 11.57 минут.