Какой КПД теплового процесса можно определить, если вода объемом 1,3 л, налитая в электрический чайник при начальной температуре 10 °C, закипает (t=100 °C) через 5 минут после подключения чайника к сети с напряжением 220B и силе тока 16А? Удельная тепл...
Какой КПД теплового процесса можно определить, если вода объемом 1,3 л, налитая в электрический чайник при начальной температуре 10 °C, закипает (t=100 °C) через 5 минут после подключения чайника к сети с напряжением 220B и силе тока 16А? Удельная теплоемкость воды составляет 4200 Дж/(кг*°C), а теплоемкость стального диска равна 500 Дж/(кг*°C) при массе 300 г?
Чтобы определить коэффициент полезного действия (КПД) теплового процесса в данном случае, нам нужно рассмотреть, сколько энергии было затрачено на нагрев воды и сколько энергии было получено от чайника.
Шаг 1: Рассчитаем массу воды
Для начала, нам нужно узнать массу воды. Мы знаем, что 1 литр воды имеет массу примерно 1 кг. Таким образом, масса 1,3 литра воды будет:
- Масса воды = 1,3 кг
Шаг 2: Рассчитаем количество теплоты, необходимое для нагрева воды
Количество теплоты, необходимое для нагрева воды можно рассчитать по формуле:
Q = m * c * ΔT
где:
- Q – количество теплоты (в Джоулях),
- m – масса воды (в кг),
- c – удельная теплоемкость воды (в Дж/(кг*°C)),
- ΔT – изменение температуры (в °C).
В нашем случае:
- m = 1,3 кг,
- c = 4200 Дж/(кг*°C),
- ΔT = 100 °C - 10 °C = 90 °C.
Теперь подставим значения в формулу:
Q = 1,3 * 4200 * 90.
Шаг 3: Вычисление Q
Теперь давайте произведем вычисления:
Q = 1,3 * 4200 * 90 = 491400 Дж.
Шаг 4: Рассчитаем электрическую энергию, потребленную чайником
Теперь рассчитаем, сколько энергии потребил чайник за 5 минут. Для этого используем формулу:
E = U * I * t,
где:
- E – электрическая энергия (в Джоулях),
- U – напряжение (в Вольтах),
- I – сила тока (в Амперах),
- t – время (в секундах).
В нашем случае:
- U = 220 В,
- I = 16 А,
- t = 5 минут = 5 * 60 = 300 секунд.
Теперь подставим значения:
E = 220 * 16 * 300.
Шаг 5: Вычисление E
Теперь давайте произведем вычисления:
E = 220 * 16 * 300 = 1056000 Дж.
Шаг 6: Рассчитаем КПД
Теперь, когда у нас есть количество теплоты, необходимое для нагрева воды (Q) и электрическая энергия, потребленная чайником (E), мы можем рассчитать КПД. КПД определяется как отношение полезной работы к затраченной энергии:
КПД = (Q / E) * 100%.
Подставим значения:
КПД = (491400 / 1056000) * 100%.
Шаг 7: Вычисление КПД
Теперь произведем вычисления:
КПД = (491400 / 1056000) * 100% ≈ 46,5%.
Таким образом, КПД теплового процесса в данном случае составляет примерно 46,5%.
