Сколько времени потребуется для того, чтобы всю воду в чайнике, который работает на мощности 1500 Вт и имеет объем

  • 9
Сколько времени потребуется для того, чтобы всю воду в чайнике, который работает на мощности 1500 Вт и имеет объем 2 литра, выкипела? Учитывайте коэффициент полезного действия (КПД) 50% и начальную температуру воды 20°С. Предоставьте ответ в виде количества часов.
Zagadochnyy_Peyzazh
1
Для решения этой задачи нам понадобятся некоторые формулы и данные. Итак, давайте начнем.

Для начала определим количество энергии, необходимое для нагревания воды. Используем формулу:

\(Q = mc\Delta T\),

где \(Q\) - количество энергии (в джоулях), \(m\) - масса воды (в килограммах), \(c\) - удельная теплоемкость воды (в джоулях на килограмм на градус Цельсия), \(\Delta T\) - изменение температуры (в градусах Цельсия).

Массу воды (\(m\)) можно выразить через ее объем (\(V\)) и плотность (\(\rho\)):

\(m = \rho V\).

Учитывая, что плотность воды примерно равна 1 г/см³ и что 1 литр равен 1000 см³, получаем:

\(m = 1000 \cdot 2 = 2000\) г.

Теперь рассчитаем изменение температуры:

\(\Delta T = T_\text{конечная} - T_\text{начальная}\).

Из условия задачи мы знаем, что начальная температура воды равна \(20^\circ C\). Предположим, что конечная температура будет 100 градусов Цельсия (то есть вода закипит).

Теперь остается найти удельную теплоемкость воды \(c\). Удельная теплоемкость - это количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на один градус Цельсия. Для воды \(c\) примерно равно 4,18 Дж/г·°C.

Теперь подставим все значения в формулу \(Q = mc\Delta T\):

\(Q = 2000 \cdot 4,18 \cdot (100 - 20) = 2000 \cdot 4,18 \cdot 80\) Дж.

Теперь учтем коэффициент полезного действия (КПД). КПД - это отношение полезной работы (энергии) к затраченной работе (энергии). В данной задаче КПД равен 50%, то есть полезная работа составляет половину затраченной работы.

Таким образом, полезная работа будет равна \(0,5 \cdot Q\). Выразим ее в киловатт-часах, так как исходная мощность чайника дана в ваттах:

\(0,5 \cdot Q = 0,5 \cdot 2000 \cdot 4,18 \cdot 80 / 3600000\) кВт·ч.

Теперь найдем время, необходимое для выкипания воды, используя формулу:

\(t = \frac{0,5 \cdot Q}{P}\),

где \(t\) - время (в часах), \(P\) - мощность (в ваттах).

Подставив значения, получим:

\(t = \frac{0,5 \cdot 2000 \cdot 4,18 \cdot 80 / 3600000}{1500}\) час.

После всех вычислений получим ответ.

\(t \approx 1,486\) часа (округлено до тысячных).

Итак, время, необходимое для того, чтобы всю воду в чайнике выкипела, составляет примерно 1,486 часов или около 1 часа и 29 минут.