Дано:
Напряжение (V) = 220 В
Масса воды (m) = 1.5 кг
Начальная температура воды (T1) = 20°C
Время закипания (t) = 5 мин = 300 с
Сопротивление спирали чайника (R) = 20 Ом
Тариф за 1 кВт*ч = 40 коп
Ускорение свободного падения (g) = 9.81 м/c^2 (для расчета потенциальной энергии)
а) Найти силу тока в спирали чайника:
Используем закон Ома: I = V / R
Подставляем известные значения: I = 220 В / 20 Ом = 11 А
б) Найти КПД чайника:
КПД (η) = (потребляемая мощность - отдаваемая мощность) / потребляемая мощность
Для нахождения отдаваемой мощности необходимо найти количество теплоты, которое получит вода. ΔQ = m * c * ΔT, где c - удельная теплоемкость воды, ΔT - изменение температуры.
ΔQ = 1.5 кг * 4200 Дж/кг°C * (100°C - 20°C) ≈ 525000 Дж
Отдаваемая мощность P = ΔQ / t
P = 525000 Дж / 300 с ≈ 1750 Вт
Потребляемая мощность Pп = V * I
Pп = 220 В * 11 А = 2420 Вт
КПД (η) = (2420 Вт - 1750 Вт) / 2420 Вт ≈ 27%
в) Если спираль сделать короче, то уменьшится количество выделяемого тепла, а следовательно, время закипания увеличится.
г) Рассчитать стоимость работы чайника:
Энергопотребление за 15 минут: E = P * t / 60
E = 2420 Вт * 15 мин / 60 = 605 Вт*ч
Стоимость работы чайника: 605 Вт*ч * 40 коп = 242 рубля
Ответ:
а) Сила тока в спирали чайника составляет 11 A.
б) КПД чайника примерно равен 27%.
в) Если спираль сделать короче, то время закипания увеличится.
г) Стоимость работы чайника составляет примерно 242 рубля.