Электрочайник подключен к источнику постоянного напряжения U= 200 В. Сопротивление нагревательного элемента электрочайника R=40 Ом. Определите время, за которое вода объемом V = 2,0 л нагреется от температуры 41 21°С до температуры t2 = 99°С.
от

1 Ответ

Дано:  
Напряжение (U) = 200 В  
Сопротивление нагревательного элемента (R) = 40 Ом  
Объем воды (V) = 2,0 л = 0,002 м³  
Начальная температура (t1) = 21 °C = 294 K  
Конечная температура (t2) = 99 °C = 372 K  
Удельная теплоемкость воды (c) = 4,2 кДж/(кг*°C) = 4200 Дж/(кг*°C)  
Плотность воды (ρ) = 1,0 г/см³ = 1000 кг/м³  
КПД электрочайника (η) = 84% = 0,84  

Найти:  
Время нагревания воды  

Решение:  
Сначала найдем массу воды, используя плотность и объем:  
m = ρ * V  
m = 1000 * 0,002  
m = 2 кг  

Затем найдем количество теплоты, необходимое для нагревания воды:  
Q = m * c * Δt  
Δt = t2 - t1  
Δt = 372 - 294  
Δt = 78 K  
Q = 2 * 4200 * 78  
Q = 655200 Дж  

Теперь найдем мощность, выделяемую нагревателем:  
P = U^2 / R  
P = 200^2 / 40  
P = 1000 Вт  

Далее определим время нагревания, учитывая КПД:  
Q = P * t * η  
t = Q / (P * η)  
t = 655200 / (1000 * 0,84)  
t ≈ 779 секунд  
t ≈ 13 минут  

Ответ:  
Время, за которое вода нагреется от 21°C до 99°C при использовании электрочайника, составляет примерно 13 минут.
от