Магнетизм — Задание Физика 8 Класс №00051608

Ток приносит в двигатель энергию, и она расходится на два дела: на вращение вала, который водит щётки по стеклу, и на нагревание обмотки. КПД — это доля полезной, механической части. Механическую мощность в условии не дали, поэтому найдём нагрев по закону Джоуля — Ленца, а механическую мощность получим как остаток.

Вся мощность тока в двигателе:

$$P = UI = 12\cdot 2 = 24\text{ Вт}.$$

Мощность, которая уходит на нагревание обмотки, по закону Джоуля — Ленца:

$$P_{\text{нагр}} = I^2R = 2^2\cdot 0{,}6 = 2{,}4\text{ Вт}.$$

Остальное — механическая мощность:

$$P_{\text{мех}} = 24 - 2{,}4 = 21{,}6\text{ Вт}.$$

КПД двигателя:

$$\eta = \dfrac{P_{\text{мех}}}{P}\cdot 100\% = \dfrac{21{,}6}{24}\cdot 100\% = 90\%.$$

Заметь ловушку: тепловую мощность здесь нельзя считать как $\dfrac{U^2}{R}$. Вышло бы $\dfrac{144}{0{,}6} = 240\text{ Вт}$ — в десять раз больше всей мощности тока, а нагрев не может забрать больше энергии, чем ток приносит. Напряжение аккумулятора приходится на весь работающий двигатель, который ещё и крутится, а не на одно сопротивление обмотки. Поэтому нагрев обмотки считают по силе тока.

Проверим себя долями: на нагрев уходит $2{,}4 : 24 = 0{,}1$, то есть $10\%$ мощности тока, а остальные $90\%$ становятся механической работой.