Электрические… — Задание 21 ЕГЭ по физике №00003104 | Global EE
Электрические… — Задание 21 ЕГЭ по физике №00003104
№2. Задание 21
ID: 00003104
В сосуд наливают воду при комнатной температуре. В воду погружают нагревательные элементы с сопротивлениями $R_{1}$ и $R_{2}$, подключенные к источнику постоянного напряжения так, как показано на рисунке а. Оставив ключ в положении 1, доводят воду до кипения. Затем кипяток выливают, сосуд охлаждают до комнатной температуры, вновь наполняют таким же количеством воды при комнатной температуре и, повернув ключ К в положение 2 (рис. б), повторяют опыт. Напряжение источника в опытах одинаково. Опираясь на законы электродинамики и молекулярной физики, объясните, в каком из приведённых опытов вода закипит быстрее.
Источник: Сборник Гиголо
Решение
Дано:
$U = \text{const}, \quad m = \text{const}, \quad \Delta T = \text{const}$
Найти:
В каком опыте вода закипит быстрее?
Решение:
Количество теплоты, необходимое для нагрева воды до кипения, одинаково в обоих опытах:
$$Q = cm\Delta T = \text{const}$$
По закону Джоуля–Ленца при постоянном напряжении:
$$Q = \frac{U^2}{R_\text{общ}} \cdot t \implies t = \frac{Q \cdot R_\text{общ}}{U^2}$$
В опыте К1 резисторы включены последовательно:
$$R_\text{общ}^{(1)} = R_1 + R_2$$
В опыте К2 включён только $R_1$:
$$R_\text{общ}^{(2)} = R_1$$
Так как $R_\text{общ}^{(2)} \lt R_\text{общ}^{(1)}$, то $t_2 \lt t_1$.
Во втором опыте (ключ К2, только $R_1$) вода закипит быстрее.
Ответ
Во втором опыте (ключ К2, только R₁) вода закипит быстрее
