ID: 00000685
Имеются два электрических нагревателя мощностью по 800 Вт каждый. Сколько времени потребуется для нагревания 1 л воды на $80^\circС$ , если нагреватели будут включены параллельно? Потерями энергии пренебречь.
Источник: ФИПИ
Распишем мощность одного нагревателя:
$P = \frac{U^2}{R}$
Выразим сопротивление одного нагревателя:
$R = \frac{U^2}{P}$
Всё тепло, вырабатывающееся нагревателями, идет на нагрев воды:
$Q = P_{\text{общ}} \cdot \tau = \frac{U^2}{R_{\text{общ}}} \cdot \tau$
При параллельном соединении сопротивления элементов складываются таким образом:
$\frac{1}{R_{\text{общ}}} = \frac{1}{R} + \frac{1}{R} = \frac{2}{R}$
Выражаем общее сопротивление: $R_{\text{общ}} = \frac{\tilde{R}}{2}$
Значит
$Q = P_{\text{общ}} \cdot \tau = \frac{U^2}{R} \cdot \tau \cdot 2 = 2 \cdot P \cdot \tau$
Выразим мощность:
$P = \frac{Q}{2 \cdot \tau}$
Распишем количество теплоты, которое поглощает вода при нагреве:
$Q = cm\Delta t,$
где $c$ - удельная теплоёмкость воды, $m$ - масса воды, $\Delta$ - изменение температуры воды.
Распишем массу воды: $m = \rho \cdot V$, где $\rho$ - плотность воды, $V = 0,001$ м³ - объём воды.
Подставим полученное выражение в формулу мощности:
$P = \frac{cm\Delta t}{2\tau} = \frac{c\rho V \Delta t}{2\tau}$
Выразим нужное нам время:
$\tau = \frac{c \rho V \Delta t}{2P}$
$\tau = \frac{4200 \cdot 1000 \cdot 0.001 \cdot 80}{2 \cdot 800} = 210 \text{ с}$
$210^\circ C$