Дано:
P = 2 кВт = 2000 Вт - мощность электрочайника
t = 5 мин 12 сек = 312 сек - время закипания воды
m = 1.5 кг - масса воды
T1 = 23 ºC - начальная температура воды
T2 = 100 ºC - температура кипения воды
Ускорение свободного падения g и плотность воды можно взять из справочника для расчетов.
1. Найдем работу электрического тока:
Сначала найдем количество теплоты, необходимое для нагревания воды до кипения:
Q1 = mcΔT, где m - масса воды, c - удельная теплоемкость воды, ΔT - изменение температуры.
Q1 = 1.5 кг * 4186 Дж/(кг*ºC) * (100 ºC - 23 ºC) = 4186 * 1.5 * 77 = 481839 Дж
Затем найдем количество теплоты, необходимое для испарения воды:
Q2 = mL, где L - удельная теплота парообразования.
L для воды составляет 2260 кДж/кг.
Q2 = 1.5 кг * 2260 кДж/кг = 3390 кДж = 3390000 Дж.
Суммарная работа тока в нагревательном элементе:
W = Q1 + Q2 = 481839 Дж + 3390000 Дж = 3871839 Дж ≈ 3.87 МДж
2. Определим КПД нагревательного элемента:
КПД (η) равен отношению полезной работы к затраченной энергии:
η = (полезная работа / затраченная энергия) = W / (P * t) = 3871839 Дж / (2000 Вт * 312 сек) ≈ 0.619 или 61.9%.
Ответ:
1. Работа электрического тока в нагревательном элементе чайника за указанное время примерно равна 3.87 МДж.
2. КПД нагревательного элемента этого чайника составляет примерно 61.9%.