Вопрос школьника
Определите КПД электрочайника, в котором при силе тока 4 А и напряжении 120 В нагрелось 720 г воды от 20°С до 100°С за 15 мин.
Ответ от учителя
КПД (коэффициент полезного действия) электрочайника можно определить по формуле:
η = (Qп / Qн) * 100%,
где η — КПД, Qп — полезная работа, Qн — затраченная энергия.
Полезная работа электрочайника — это количество тепла, которое передается воде и приводит ее до нужной температуры. Она вычисляется по формуле:
Qп = m * c * ΔT,
где m — масса воды, c — удельная теплоемкость воды, ΔT — изменение температуры.
Затраченная энергия — это количество электрической энергии, которое потребляет электрочайник. Она вычисляется по формуле:
Qн = P * t,
где P — мощность электрочайника, t — время работы.
Из условия задачи известны следующие данные:
— сила тока I = 4 А,
— напряжение U = 120 В,
— масса воды m = 720 г,
— начальная температура воды T1 = 20°С,
— конечная температура воды T2 = 100°С,
— время работы электрочайника t = 15 мин.
Удельная теплоемкость воды c = 4,18 Дж/(г*°C).
Мощность электрочайника P можно вычислить по формуле:
P = U * I = 120 В * 4 А = 480 Вт.
Полезная работа Qп:
Qп = m * c * ΔT = 720 г * 4,18 Дж/(г*°C) * (100°С — 20°С) = 239904 Дж.
Затраченная энергия Qн:
Qн = P * t = 480 Вт * 15 мин * 60 с/мин = 432000 Дж.
Теперь можно вычислить КПД электрочайника:
η = (Qп / Qн) * 100% = (239904 Дж / 432000 Дж) * 100% = 55,5%.
Таким образом, КПД электрочайника, в котором при силе тока 4 А и напряжении 120 В нагрелось 720 г воды от 20°С до 100°С за 15 мин, составляет 55,5%.
