Вопрос задан 07.12.2025 в 22:32. Предмет Физика. Спрашивает Сургина Леся.

Две спирали электроплитки одинакового сопротивления соединены параллельно и включены в сеть с напряжением 220 В. Чему равно сопротивление одной спирали, если вода массой 1 кг закипела при нагревании на этой плите через 43 с? Начальная температура воды равна 20 °С, а КПД процесса 80%. Полезной считается энергия, используемая на нагревание воды. (Удельная теплоёмкость воды 4,2·10³ Дж/(кг·К).)

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Маришин Даниил.

Для решения задачи, давайте сначала определим, сколько энергии необходимо для того, чтобы нагреть 1 кг воды с начальной температуры 20 °С до 100 °С, используя известные данные.

  1. Определим необходимое количество тепла для нагрева воды.

Формула для количества тепла, необходимого для нагрева воды, выглядит так:

Q=mcΔTQ = m \cdot c \cdot \Delta T

где:

  • m=1кгm = 1 \, \text{кг} — масса воды,

  • c=4,2×103Дж/кг\cdotp°Сc = 4,2 \times 10^3 \, \text{Дж/кг·°С} — удельная теплоёмкость воды,

  • ΔT=100°С20°С=80°С\Delta T = 100 \, \text{°С} - 20 \, \text{°С} = 80 \, \text{°С} — изменение температуры воды.

Подставляем значения:

Q=14,2×10380=336×103ДжQ = 1 \cdot 4,2 \times 10^3 \cdot 80 = 336 \times 10^3 \, \text{Дж}

Таким образом, для нагрева воды нужно 336кДж336 \, \text{кДж}.

  1. Учитываем КПД процесса.

Так как КПД устройства составляет 80%, это значит, что только 80% энергии от общей затраченной энергии используется на нагрев воды, а остальная часть теряется. Таким образом, для того чтобы нагреть воду, нам нужно подать больше энергии, чем 336 кДж, и эта энергия будет составлять:

Eобщая=QКПД=336кДж0,8=420кДжE_{\text{общая}} = \frac{Q}{\text{КПД}} = \frac{336 \, \text{кДж}}{0,8} = 420 \, \text{кДж}
  1. Определим мощность, которую потребляют спирали.

Энергия, подаваемая на плиту, расходуется за 43 секунды. Мощность PP, потребляемая плитой, может быть вычислена по формуле:

P=EобщаяtP = \frac{E_{\text{общая}}}{t}

где:

  • Eобщая=420кДж=420×103ДжE_{\text{общая}} = 420 \, \text{кДж} = 420 \times 10^3 \, \text{Дж},

  • t=43сt = 43 \, \text{с}.

Подставляем значения:

P=420×103439767ВтP = \frac{420 \times 10^3}{43} \approx 9767 \, \text{Вт}
  1. Найдем сопротивление одной спирали.

Плитка состоит из двух спиралей, соединенных параллельно, поэтому мощность, потребляемая плитой, будет суммой мощностей двух спиралей. Мощность, потребляемая одной спиралью, составит:

Pспирали=P2=976724883,5ВтP_{\text{спирали}} = \frac{P}{2} = \frac{9767}{2} \approx 4883,5 \, \text{Вт}

Мощность, потребляемая спиралью, может быть выражена через её сопротивление RR с помощью формулы:

P=U2RP = \frac{U^2}{R}

где:

  • U=220ВU = 220 \, \text{В} — напряжение в сети.

Решаем эту формулу относительно сопротивления RR:

R=U2PR = \frac{U^2}{P}

Подставляем известные значения:

R=22024883,5484004883,59,9ОмR = \frac{220^2}{4883,5} \approx \frac{48400}{4883,5} \approx 9,9 \, \text{Ом}

Таким образом, сопротивление одной спирали составляет примерно 9,9Ом9,9 \, \text{Ом}.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос