Вопрос школьника
В ртутном диффузионном насосе в единицу времени испаряется масса mτ=100 г/мин ртути. Каково должно быть сопротивление R нагревателя насоса, если он включается в сеть напряжением U=127 В? Удельная теплота парообразования ртути q=296 кДж/кг
Ответ от учителя
Ртутный диффузионный насос работает на основе испарения ртути и ее диффузии через трубки. Для этого необходимо нагреть ртуть до определенной температуры, при которой она испаряется. Нагреватель насоса выполняет эту функцию.
Для расчета сопротивления нагревателя насоса необходимо использовать закон Джоуля-Ленца, который гласит, что мощность, выделяемая в проводнике, пропорциональна квадрату тока, проходящего через него, и его сопротивлению:
P = I^2 * R
где P — мощность, выделяемая в проводнике, I — ток, проходящий через проводник, R — сопротивление проводника.
Масса ртути, испаряющейся в единицу времени, равна:
mτ = q * I
где q — удельная теплота парообразования ртути.
Тогда ток, проходящий через нагреватель насоса, можно выразить следующим образом:
I = mτ / q
Подставляя это выражение в формулу для мощности, получаем:
P = (mτ / q)^2 * R
Таким образом, сопротивление нагревателя насоса можно выразить следующим образом:
R = P / (mτ / q)^2
Подставляя известные значения, получаем:
R = (U^2 / P) * (q / mτ)^2
R = (127^2 / P) * (296 / 100)^2
R = 11.8 * 10^3 / P
где P выражается в ваттах.
Таким образом, чтобы определить сопротивление нагревателя насоса, необходимо знать мощность, выделяемую в проводнике. Это значение можно определить экспериментально или по техническим характеристикам нагревателя. Подставляя известное значение мощности в формулу, можно определить необходимое сопротивление нагревателя насоса.
