Задание №22 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Имеется два электрических нагревателя одинаковой мощности по 400 Вт. Сколько времени потребуется для нагревания 1 л воды на 40 ºС, если нагреватели будут включены в ту же электросеть последовательно? Потерями энергии пренебречь.
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение.
Для решения задачи проанализируем, как изменится общая мощность системы при последовательном соединении нагревателей, и рассчитаем количество теплоты, необходимое для нагрева воды.
Дано:
Вт — мощность одного нагревателя;
л м3 — объём воды;
°C — изменение температуры воды;
кг/м3 — плотность воды;
Дж/(кг·°C) — удельная теплоёмкость воды.
Найти:
— ?
Анализ и формулы:
1. Мощность одного нагревателя при включении в сеть с напряжением выражается формулой: , где — сопротивление одного нагревателя.
Отсюда сопротивление одного нагревателя: .
2. При последовательном соединении двух одинаковых нагревателей их общее сопротивление равно: .
3. Общая мощность системы при последовательном соединении в ту же сеть ():
.
Заметим, что , следовательно: .
4. Количество теплоты , необходимое для нагрева воды массой :
.
Массу воды найдем через плотность и объём: .
5. Согласно закону сохранения энергии (пренебрегая потерями), работа электрического тока за время полностью идет на нагрев воды:
.
Вывод рабочей формулы:
.
Вычисления:
Подставим числовые значения в систему СИ:
с.
Переведем результат в минуты для удобства:
мин.
Ответ: 840 с (или 14 мин).
Источник: ФИПИ