Дано:
Мощность чайника (P) = 4.2 кВт = 4200 Вт
Максимальное напряжение (U_макс) = 220 В
Напряжение сети (U) = 110 В
Время работы (t) = 10 мин = 600 с
Масса воды (m) = 800 г = 0.8 кг
Начальная температура (T_нач) = 25 °C = 25 + 273 = 298 K
Температура кипения (T_кип) = 100 °C = 373 K
Найти:
КПД чайника
Решение:
1. Найдем количество теплоты, необходимое для нагрева воды до кипения, используя удельную теплоемкость воды (c_воды):
Q_нагрев = m * c_воды * ΔT
где ΔT - изменение температуры = T_кип - T_нач
2. Найдем количество теплоты, необходимое для кипячения воды:
Q_кип = m * L
где L - теплота парообразования воды при температуре кипения.
3. Общее количество теплоты, необходимое для работы чайника:
Q_общ = Q_нагрев + Q_кип
4. Найдем работу, совершаемую чайником за время работы:
W = P * t
5. КПД чайника выражается как отношение работы к поставленной теплоте:
η = W / Q_общ
Расчеты:
1. ΔT = T_кип - T_нач = 373 K - 298 K = 75 K
Q_нагрев = 0.8 кг * 4186 Дж/кг∙K * 75 K = 251280 Дж
2. L = 2260 кДж/кг = 2260 * 10^3 Дж/кг
Q_кип = 0.8 кг * 2260 * 10^3 Дж/кг = 1808000 Дж
3. Q_общ = 251280 Дж + 1808000 Дж = 2059280 Дж
4. W = 4200 Вт * 600 с = 2520000 Дж
5. η = 2520000 Дж / 2059280 Дж ≈ 1.22
Ответ:
КПД чайника составляет приблизительно 1.22