Ваш сосед по парте сделал кипятильник, и его сопротивление оказалось равным 150 Ом. Вы решили провести эксперименты и опустили его в 1 л воды, температура которой 25 градусов Цельсия. Сколько воды у вас выкипит за 20 минут, если вы воткнули его в розетку (напряжение в розетке 220 В)?

Физика 10 класс Электрические цепи и Joule-Lenz закон Кипятильник сопротивление 150 Ом температура воды эксперимент выкипание воды 20 минут напряжение 220 В Новый

Для решения этой задачи нам нужно использовать закон Джоуля-Ленца, который описывает, как электрическая энергия преобразуется в теплоту. Начнем с определения мощности кипятильника.

Шаг 1: Определим мощность кипятильника.

Мощность (P) электрического устройства можно рассчитать по формуле:

P = U^2 / R

где:

• U - напряжение (в вольтах),
• R - сопротивление (в омах).

Подставим известные значения:

P = 220^2 / 150 = 48400 / 150 = 322.67 Вт.

Шаг 2: Определим количество теплоты, выделяющееся за 20 минут.

Теперь мы можем рассчитать, сколько теплоты выделится за 20 минут. Для этого используем формулу:

Q = P * t

где:

• Q - количество теплоты (в джоулях),
• P - мощность (в ваттах),
• t - время (в секундах).

Переведем 20 минут в секунды:

t = 20 * 60 = 1200 секунд.

Теперь подставим значения в формулу:

Q = 322.67 * 1200 = 387204 Дж.

Шаг 3: Определим, сколько воды выкипит.

Теперь нам нужно узнать, сколько воды можно нагреть до 100 градусов Цельсия с помощью выделившейся теплоты. Для этого используем формулу:

Q = m * c * ΔT

где:

• m - масса воды (в килограммах),
• c - удельная теплоемкость воды (около 4200 Дж/(кг·°C)),
• ΔT - изменение температуры (в °C).

Мы знаем, что начальная температура воды 25°C, а конечная - 100°C, следовательно:

ΔT = 100 - 25 = 75°C.

Теперь мы можем выразить массу воды (m):

m = Q / (c * ΔT).

Подставим известные значения:

m = 387204 / (4200 * 75).

Теперь посчитаем:

m = 387204 / 315000 = 1.23 кг.

Шаг 4: Определим объем воды.

Теперь, зная массу воды, мы можем определить ее объем. Поскольку плотность воды примерно равна 1 кг/л, то:

Объем воды = масса воды = 1.23 литра.

Таким образом, за 20 минут в результате работы кипятильника выкипит примерно 1.23 литра воды.