Какое сопротивление спирали электрического кипятильника, если он нагревает 2 литра воды от 20 градусов Цельсия до кипения за 11 минут и 12 секунд, при токе в 5 ампер и КПД 80%?

Физика 11 класс Электрические цепи и Joule-Lenz закон сопротивление спирали электрический кипятильник нагрев воды ток 5 ампер КПД 80% физика 11 класс расчет сопротивления теплоемкость воды время нагрева температура кипения Новый

Для решения задачи нам нужно определить сопротивление спирали электрического кипятильника. Для этого мы будем использовать следующие шаги:

Шаг 1: Найдем количество теплоты, необходимое для нагрева воды.

Количество теплоты, необходимое для нагрева воды, можно определить по формуле:

Q = m * c * ΔT

• где Q - количество теплоты (джоули),
• m - масса воды (кг),
• c - удельная теплоемкость воды (примерно 4200 Дж/(кг·°C)),
• ΔT - изменение температуры (°C).

В нашем случае:

• m = 2 литра = 2 кг (поскольку 1 литр воды примерно равен 1 кг),
• c = 4200 Дж/(кг·°C),
• ΔT = 100 - 20 = 80 °C.

Теперь подставим значения в формулу:

Q = 2 * 4200 * 80 = 672000 Дж.

Шаг 2: Учитываем КПД кипятильника.

Так как КПД равен 80%, это означает, что фактически используется только 80% от всей энергии, которая потребляется электрическим кипятильником. Поэтому, чтобы найти полное количество энергии, которое потребляет кипятильник, мы делим количество теплоты на КПД:

Q_полн = Q / КПД = 672000 / 0.8 = 840000 Дж.

Шаг 3: Найдем мощность, потребляемую кипятильником.

Мощность (P) можно найти по формуле:

P = Q_полн / t

• где t - время в секундах.

Время t = 11 минут 12 секунд = 11 * 60 + 12 = 672 секунд.

Теперь подставим значения:

P = 840000 / 672 ≈ 1250 Вт.

Шаг 4: Используем закон Ома для нахождения сопротивления.

Зная мощность и ток, мы можем использовать формулу:

P = I^2 * R

• где I - ток (ампер),
• R - сопротивление (ом).

Перепишем формулу для нахождения сопротивления:

R = P / I^2.

Подставим известные значения:

R = 1250 / (5^2) = 1250 / 25 = 50 Ом.

Ответ:

Сопротивление спирали электрического кипятильника составляет 50 Ом.