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