Вопрос школьника
Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения воду массой 3 кг, начальная температура которой 10 °С. Сила тока в нагревателе 7 А, напряжение в сети 220 В. Какая часть потребляемой нагревателем энергии передается окружающей среде?
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать формулу для расчета количества теплоты, которое необходимо передать воде для ее нагрева до кипения:
Q = m * c * ΔT
где Q — количество теплоты, масса воды — m, удельная теплоемкость воды — c, разность температур — ΔT.
Для воды удельная теплоемкость составляет 4,18 Дж/(г*°C), поэтому для массы воды 3 кг и разности температур 90 °C (температура кипения воды 100 °C минус начальная температура 10 °C) количество теплоты, необходимое для ее нагрева до кипения, будет равно:
Q = 3 * 4,18 * 90 = 1127,4 кДж
Далее необходимо рассчитать потребляемую мощность нагревателя:
P = U * I
где P — потребляемая мощность, напряжение в сети — U, сила тока — I.
Подставляя значения напряжения 220 В и силы тока 7 А, получаем:
P = 220 * 7 = 1540 Вт
Таким образом, за 20 минут (или 1200 секунд) нагреватель потребит энергию:
E = P * t = 1540 * 1200 = 1848000 Дж
Чтобы рассчитать часть потребляемой нагревателем энергии, которая передается окружающей среде, необходимо вычесть количество теплоты, которое было передано воде, из общего количества потребленной энергии:
E’ = E — Q = 1848000 — 1127,4 = 1846872,6 Дж
Таким образом, часть потребляемой нагревателем энергии, которая передается окружающей среде, составляет:
E’ / E = 1846872,6 / 1848000 ≈ 0,9994 или около 99,94%
