Какой ток потребляет кипятильник, если он нагревает 1,2 кг воды от 12 °С до кипения за 10 минут при напряжении 220 В и КПД 90%? Удельная теплоёмкость воды составляет 4200 Дж/(кг · °С).
Физика10 классТепловые явленияКипятильниктокнагрев водыКПДудельная теплоёмкостьфизикаэлектричествонапряжениевремя нагреватемпература воды
Чтобы найти ток, который потребляет кипятильник, необходимо пройти несколько шагов. Начнем с расчета количества теплоты, необходимого для нагрева воды.
Шаг 1: Рассчитаем количество теплоты (Q),необходимое для нагрева воды.Формула для расчета количества теплоты выглядит так:
Q = m * c * ΔT
где:
Конечная температура воды при кипении составляет 100 °C, а начальная – 12 °C. Значит:
ΔT = 100 °C - 12 °C = 88 °C.
Теперь подставим значения в формулу:
Q = 1,2 кг * 4200 Дж/(кг · °С) * 88 °C.
Q = 1,2 * 4200 * 88 = 448320 Дж.
Шаг 2: Учитываем КПД кипятильника.КПД (коэффициент полезного действия) показывает, какая часть потребляемой энергии преобразуется в полезную работу. В нашем случае КПД составляет 90%, или 0,9. Это означает, что для получения 448320 Дж полезной энергии, нам нужно больше энергии:
Q_потребляемая = Q / КПД.
Q_потребляемая = 448320 Дж / 0,9 = 498133,33 Дж.
Шаг 3: Рассчитаем мощность (P) кипятильника.Мощность можно рассчитать по формуле:
P = Q_потребляемая / t,
где t - время в секундах. Время в нашем случае составляет 10 минут, что равно 600 секундам.
Теперь подставим значения:
P = 498133,33 Дж / 600 с = 830,22 Вт.
Шаг 4: Рассчитаем ток (I),используя закон Ома.Закон Ома гласит, что:
P = U * I,
где U - напряжение (220 В),а I - ток, который нужно найти.
Перепишем формулу, чтобы выразить ток:
I = P / U.
Теперь подставим найденные значения:
I = 830,22 Вт / 220 В = 3,77 А.
Ответ: Кипятильник потребляет ток примерно 3,77 ампера.