На изготовление кипятильника израсходован нихромовый провод объёмом 10 см^3. Сколько воды можно нагреть каждую минуту этим кипятильником от 10°C до 100°C при плотности тока в кипятильнике 3 А/мм²? КПД кипятильника 70%.

Физика 11 класс Электрические цепи и Joule-Lenz закон Кипятильник нихромовый провод физика 11 класс объем 10 см³ нагрев воды плотность тока 3 А/мм² КПД 70% температура 10°C температура 100°C расчет нагрева воды электрический ток тепловая энергия физические законы задачи по физике Новый

Давайте разберем эту задачу шаг за шагом и выясним, сколько воды можно нагреть с помощью нашего кипятильника!

Шаг 1: Определение сопротивления нихромового провода

Для начала нам нужно узнать сопротивление нихромового провода. Мы знаем, что объем провода составляет 10 см³. Предположим, что мы используем стандартные параметры для нихрома:

• Плотность нихрома: примерно 8,4 г/см³
• Сопротивление: 1,1 Ом*мм²/м

Сначала найдем массу провода:

• Масса = объем × плотность = 10 см³ × 8,4 г/см³ = 84 г

Теперь переведем массу в килограммы: 84 г = 0,084 кг.

Шаг 2: Определение длины провода

Предположим, что диаметр провода равен 1 мм (это стандартный размер). Тогда площадь поперечного сечения будет:

• Площадь = π × (0,5 мм)² ≈ 0,785 мм².

Теперь можем найти длину провода:

• Длина = объем / площадь = 10 см³ / 0,785 мм² ≈ 127,4 см = 1,274 м.

Шаг 3: Определение сопротивления

Теперь можем рассчитать сопротивление провода:

• Сопротивление = 1,1 Ом*мм²/м × 1,274 м / 0,785 мм² ≈ 1,84 Ом.

Шаг 4: Определение мощности

Теперь используем закон Ома, чтобы найти мощность:

• Сила тока I = плотность тока × площадь = 3 А/мм² × 0,785 мм² ≈ 2,36 А.
• Напряжение U = I × R = 2,36 А × 1,84 Ом ≈ 4,34 В.
• Мощность P = U × I = 4,34 В × 2,36 А ≈ 10,26 Вт.

Шаг 5: Учет КПД

Теперь учитываем КПД кипятильника:

• Эффективная мощность = 10,26 Вт × 0,7 ≈ 7,18 Вт.

Шаг 6: Нагрев воды

Чтобы узнать, сколько воды можно нагреть, используем формулу Q = mcΔT:

• Q = мощность × время = 7,18 Вт × 60 с ≈ 430,8 Дж.
• m = Q / (c × ΔT), где c = 4200 Дж/(кг·°C) - удельная теплоемкость воды, ΔT = 100°C - 10°C = 90°C.
• m = 430,8 Дж / (4200 Дж/(кг·°C) × 90°C) ≈ 0,0011 кг.

Итак, мы можем нагреть примерно 1,1 грамма воды каждую минуту!

Это не так много, но если у вас есть несколько кипятильников, вы можете существенно увеличить объем нагреваемой воды! Не забывайте, что наука - это увлекательно, и даже маленькие расчеты могут привести к большим открытиям!