Сколько времени нужно нагревать лед массой 2 кг, взятый при -16 градусах Цельсия, на электроплитке мощностью 600 Вт с КПД 75%, чтобы превратить его в кипяченую воду?

Физика 10 класс Тепловые явления нагрев льда время нагрева лед 2 кг температура -16 градусов электроплитка 600 Вт КПД 75% кипяченая вода физика нагрева расчёт времени нагрева теплотехнические расчеты Новый

Чтобы решить эту задачу, необходимо рассчитать время, необходимое для нагрева льда от -16°C до 100°C, учитывая, что лед нужно сначала растопить, а затем нагреть полученную воду до кипения. Давайте разберем это по шагам.

Шаг 1: Определение необходимых данных

• Масса льда (m) = 2 кг
• Начальная температура льда (T1) = -16°C
• Конечная температура воды (T2) = 100°C
• Теплоемкость льда (C_лед) = 2,1 Дж/(г·°C) = 2100 Дж/(кг·°C)
• Теплота плавления льда (L_плав) = 334000 Дж/кг
• Теплоемкость воды (C_вода) = 4180 Дж/(кг·°C)
• Мощность плитки (P) = 600 Вт
• КПД плитки (η) = 75% = 0,75

Шаг 2: Нагрев льда от -16°C до 0°C

Для этого используем формулу:

Q1 = m * C_лед * (T_0 - T_1)

где Q1 - количество теплоты, необходимое для нагрева льда до 0°C.

Подставим значения:

Q1 = 2 кг * 2100 Дж/(кг·°C) * (0 - (-16)) = 2 * 2100 * 16 = 67200 Дж.

Шаг 3: Плавление льда

Теперь рассчитаем количество теплоты, необходимое для плавления льда:

Q2 = m * L_плав

Подставим значения:

Q2 = 2 кг * 334000 Дж/кг = 668000 Дж.

Шаг 4: Нагрев воды от 0°C до 100°C

Теперь рассчитаем количество теплоты, необходимое для нагрева воды:

Q3 = m * C_вода * (T_2 - T_0)

Подставим значения:

Q3 = 2 кг * 4180 Дж/(кг·°C) * (100 - 0) = 2 * 4180 * 100 = 836000 Дж.

Шаг 5: Общее количество теплоты

Теперь найдем общее количество теплоты, которое необходимо для превращения льда в кипяченую воду:

Q_итого = Q1 + Q2 + Q3 = 67200 Дж + 668000 Дж + 836000 Дж = 1578200 Дж.

Шаг 6: Расчет времени нагрева

Теперь мы можем рассчитать время, необходимое для нагрева с учетом КПД плитки:

Эффективная мощность плитки:

P_эфф = P * η = 600 Вт * 0,75 = 450 Вт.

Теперь используем формулу для расчета времени:

t = Q_итого / P_эфф.

Подставим значения:

t = 1578200 Дж / 450 Вт ≈ 3507 секунд.

Шаг 7: Преобразование времени

Преобразуем секунды в часы:

3507 секунд ≈ 58,45 минут.

Ответ: Для нагрева 2 кг льда от -16°C до кипяченой воды потребуется примерно 58,45 минут.