Термодинамика — Задание 20 ОГЭ по физике №00040518
Термодинамика
№2. Задание 20
ID: 00040518
Источник: ФИПИ
Решение
Что нужно найти. КПД чайника — это доля израсходованной электроэнергии, которая действительно пошла на воду: $\eta=\dfrac{Q_{\text{полезн}}}{A}\cdot100\%$. Значит, надо посчитать две вещи: сколько энергии взял чайник из сети и сколько теплоты получила вода.
Дано. $R=12$ Ом, $m=0{,}6$ кг, $t_1=20$ °С, $U=220$ В, $\tau=11$ мин $=660$ с. Из таблиц: удельная теплоёмкость воды $c=4200$ Дж/(кг·°С), температура кипения воды $t_2=100$ °С, удельная теплота парообразования воды $L=2{,}3\cdot10^{6}$ Дж/кг.
Шаг 1. Полезная теплота — тут два этапа. Ключевое слово в условии — «полностью выкипела». Значит, воду сначала нагрели до кипения, а потом всю превратили в пар.
- Нагрев от $20$ до $100$ °С: $Q_1=cm\Delta t=4200\cdot0{,}6\cdot80=201\,600$ Дж.
- Превращение в пар при $100$ °С: $Q_2=Lm=2{,}3\cdot10^{6}\cdot0{,}6=1\,380\,000$ Дж.
Вместе:
$$Q_{\text{полезн}}=Q_1+Q_2=201\,600+1\,380\,000=1\,581\,600\ \text{Дж}.$$
Обрати внимание: на испарение ушло почти в семь раз больше энергии, чем на нагрев, — забыть про этот этап значит завалить задачу.
Шаг 2. Затраченная энергия. Известны напряжение сети и сопротивление спирали, поэтому удобно взять мощность в виде $P=\dfrac{U^{2}}{R}$:
$$P=\frac{220^{2}}{12}=\frac{48\,400}{12}\approx4033\ \text{Вт},$$
$$A=P\tau=\frac{U^{2}}{R}\tau=\frac{48\,400}{12}\cdot660=2\,662\,000\ \text{Дж}.$$
Шаг 3. КПД.
$$\eta=\frac{Q_{\text{полезн}}}{A}=\frac{1\,581\,600}{2\,662\,000}\approx0{,}59=59\ \%.$$
Проверка. Величина получилась меньше единицы — так и должно быть, иначе прибор нарушал бы закон сохранения энергии. Около $60\ \%$ для чайника, из которого вода кипит вовсю (много пара и тепла улетает мимо), выглядит вполне правдоподобно.
Ответ
Другие задания по теме «Термодинамика» (8)
- Задание 20 №00040587 — Смешали 3 кг воды при 80 °С и 1,6 кг воды при 10 °С. Определите конечную…
- Задание 20 №00040578 — В сосуд с водой поместили кусок льда, масса которого в 2 раза больше массы…
- Задание 20 №00040568 — Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть 1 л воды от 20 ºС до 100 ºС?…
- Задание 20 №00040503 — Какова масса медного шарика, прогретого в кипящей воде, если при помещении его…
- Задание 20 №00040456 — В электропечи мощностью 100 кВт полностью расплавили слиток стали за 2,3 часа.…
- Задание 20 №00040454 — Какова масса воды, если известно, что при охлаждении на 7 °С помещённой в неё…
- Задание 20 №00040418 — Зависимость температуры 1 кг воды от времени в процессе охлаждения представлена…
- Задание 20 №00040408 — Имеются два одинаковых электрических нагревателя мощностью 600 Вт каждый. На…