Спираль электроплитки с сопротивлением 80 Ом работает при напряжении 220 В. Как можно определить коэффициент полезного действия (КПД) нагревательного устройства, если 1 литр воды, взятой при температуре 20°C, закипает за 12 минут?

Физика Колледж Электрические цепи и теплообмен коэффициент полезного действия КПД нагревательного устройства спираль электроплитки сопротивление 80 Ом напряжение 220 В закипание воды температура 20°C время 12 минут физика 12 класс Новый

Чтобы определить коэффициент полезного действия (КПД) нагревательного устройства, нам необходимо выполнить несколько шагов. Давайте разберем их по порядку.

1. Вычислим мощность электроплитки:
• Сначала используем закон Ома, чтобы найти мощность (P) электроплитки. Мощность можно вычислить по формуле:
• P = U^2 / R, где U - напряжение (в вольтах), R - сопротивление (в омах).
• Подставим известные значения: U = 220 В и R = 80 Ом.
• P = 220^2 / 80 = 48400 / 80 = 605 Вт.
2. Вычислим количество теплоты, необходимое для нагрева воды:
• Для того чтобы нагреть 1 литр воды (1 кг) с 20°C до 100°C, используем формулу:
• Q = mcΔT, где m - масса воды (1 кг), c - удельная теплоемкость воды (примерно 4200 Дж/(кг·°C)), ΔT - изменение температуры (100°C - 20°C = 80°C).
• Подставим значения: Q = 1 * 4200 * 80 = 336000 Дж.
3. Вычислим общее количество теплоты, полученное от плитки за 12 минут:
• Сначала переведем время в секунды: 12 минут = 12 * 60 = 720 секунд.
• Теперь найдем общее количество теплоты, которое выделяет плитка за это время:
• Q_плитки = P * t = 605 Вт * 720 с = 435600 Дж.
4. Теперь найдем КПД:
• КПД (η) можно вычислить по формуле:
• η = (Q полезное / Q затраченное) * 100%, где Q полезное - это количество теплоты, необходимое для нагрева воды, а Q затраченное - это количество теплоты, выделенное плиткой.
• Подставим значения: η = (336000 / 435600) * 100%.
• Вычислим: η ≈ 77%.

Таким образом, коэффициент полезного действия (КПД) нагревательного устройства составляет примерно 77%. Это означает, что 77% энергии, потребляемой плиткой, идет на нагрев воды, а остальные 23% теряются, например, в окружающую среду.