Комбинированная расчётная задача (высокий уровень) · 90 заданий
- Задание №22№22
Сжигая 40 г керосина, воду массой 2,5 кг нагревают от 20 °С до 100 °С и частично переводят в пар. Сколько воды превратилось в пар, если при сгорании к…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Сжигая 80 г бензина, воду массой 5 кг нагревают от 20 °С до 100 °С и частично переводят в пар. Сколько воды превратилось в пар, если при сгорании бенз…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Электродвигатель постоянного тока работает при напряжении 220 В и силе тока, равной 40 А. Полезная мощность двигателя равна 6,5 кВт. Чему равен КПД эл…
Работа и мощность электрического тока
- Задание №22№22
Определите напряжение на концах реостата, если мощность, потребляемая реостатом, равна 30 Вт. Реостат изготовлен из никелиновой проволоки длиной 6 м и…
Электрическое сопротивление
- Задание №22№22
В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущена спираль сопротивлением 2 Ом, подключённая к источнику тока напряжением 15 В. За какое…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Конькобежец массой 60 кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении предмет массой 1 кг со скоростью 24 м/с и откатывается на 40 с…
Сила трения
- Задание №22№22
В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущен электрический нагреватель мощностью 12,5 Вт. За какое время калориметр с водой нагреет…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Металлический шар массой m 1 = 2 кг упал на свинцовую пластину массой m 2 = 1 кг и остановился. При этом пластина нагрелась на 3,2 °С. С какой высоты…
Закон сохранения энергии
- Задание №22№22
Гиря падает на землю, ударяется о препятствие и нагревается от 30 °С до 100 °С. Чему была равна скорость гири перед ударом? Считать, что всё количеств…
Кинетическая и потенциальная энергия
- Задание №22№22
Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения 2,2 кг воды, начальная температура которой равна 10 ° С. Сила тока в нагревателе равна 7 А, КПД…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Высота плотины гидроэлектростанции (ГЭС) составляет 20 м, КПД ГЭС равен 90%. Сколько часов может светить лампа мощностью 40 Вт при прохождении через п…
Кинетическая и потенциальная энергия
- Задание №22№22
Имеются два одинаковых электрических нагревателя мощностью 600 Вт каждый. Сколько воды можно нагреть на 30 °С за 14 мин., если нагреватели включены по…
Количество теплоты. Теплоёмкость
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.
Решение
Решение.
Для решения задачи проанализируем, как изменится общая мощность системы при последовательном соединении нагревателей, и рассчитаем количество теплоты, необходимое для нагрева воды.
Дано:
P1=P2=P=400 Вт — мощность одного нагревателя;
V=1 л =1⋅10−3 м3 — объём воды;
Δt=40 °C — изменение температуры воды;
ρ=1000 кг/м3 — плотность воды;
c=4200 Дж/(кг·°C) — удельная теплоёмкость воды.
Найти:
τ — ?
Анализ и формулы:
1. Мощность одного нагревателя при включении в сеть с напряжением U выражается формулой: P=RU2, где R — сопротивление одного нагревателя.
Отсюда сопротивление одного нагревателя: R=PU2.
2. При последовательном соединении двух одинаковых нагревателей их общее сопротивление равно: Rобщ=R+R=2R.
3. Общая мощность системы при последовательном соединении в ту же сеть (U=const):
Pобщ=RобщU2=2RU2.
Заметим, что RU2=P, следовательно: Pобщ=2P.
4. Количество теплоты Q, необходимое для нагрева воды массой m:
Q=c⋅m⋅Δt.
Массу воды найдем через плотность и объём: m=ρ⋅V.
5. Согласно закону сохранения энергии (пренебрегая потерями), работа электрического тока A за время τ полностью идет на нагрев воды:
A=Q
Pобщ⋅τ=c⋅ρ⋅V⋅Δt.
Вывод рабочей формулы:
2P⋅τ=c⋅ρ⋅V⋅Δt
τ=P2⋅c⋅ρ⋅V⋅Δt.
Вычисления:
Подставим числовые значения в систему СИ:
τ=400 Вт2⋅4200 Дж/(кг⋅°C)⋅1000 кг/м3⋅0,001 м3⋅40 °C
τ=4002⋅4200⋅1⋅40=400336000=840 с.
Переведем результат в минуты для удобства:
840 с=60840 мин=14 мин.
Ответ: 840 с (или 14 мин).
Источник: ФИПИ