Сколько времени нужно для нагрева льда массой 2 кг, который находится при температуре -16 градусов Цельсия, на электроплитке мощностью 600 Вт с КПД 75%, чтобы он превратился в кипящую воду?

Физика 11 класс Тепловые явления нагрев льда время нагрева масса льда температура льда мощность электроплитки КПД кипящая вода физика 11 класс Новый

Чтобы решить эту задачу, нам нужно рассчитать время, необходимое для нагрева льда до кипящей воды. Мы будем учитывать несколько этапов:

1. Нагрев льда от -16°C до 0°C.
2. Плавление льда при 0°C.
3. Нагрев полученной воды от 0°C до 100°C.

Теперь давайте разберем каждый этап подробнее.

1. Нагрев льда от -16°C до 0°C

Для этого этапа используем формулу:

Q1 = m * c_лед * ΔT

где:

• m = 2 кг (масса льда),
• c_лед = 2,1 Дж/(г·°C) = 2100 Дж/(кг·°C) (удельная теплоемкость льда),
• ΔT = 0 - (-16) = 16°C (изменение температуры).

Таким образом:

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

2. Плавление льда при 0°C

Для плавления льда используем формулу:

Q2 = m * L_плавления

где:

• L_плавления = 334000 Дж/кг (теплота плавления льда).

Таким образом:

Q2 = 2 кг * 334000 Дж/кг = 668000 Дж.

3. Нагрев воды от 0°C до 100°C

Для этого этапа используем формулу:

Q3 = m * c_вода * ΔT

где:

• c_вода = 4200 Дж/(кг·°C) (удельная теплоемкость воды),
• ΔT = 100 - 0 = 100°C.

Таким образом:

Q3 = 2 кг * 4200 Дж/(кг·°C) * 100°C = 840000 Дж.

4. Общая теплота

Теперь суммируем все тепло:

Q_total = Q1 + Q2 + Q3 = 67200 Дж + 668000 Дж + 840000 Дж = 1579200 Дж.

5. Расчет времени

Теперь, чтобы найти время, необходимое для нагрева, используем формулу:

t = Q_total / (P * КПД)

где:

• P = 600 Вт (мощность плитки),
• КПД = 0,75 (коэффициент полезного действия).

Таким образом:

t = 1579200 Дж / (600 Вт * 0,75) = 1579200 / 450 = 3510,67 секунд.

Итак, время, необходимое для нагрева льда массой 2 кг от -16°C до кипящей воды, составляет примерно 3511 секунд или около 58,5 минут.