Чайник включён в сеть напряжением 220 В. Чему равен КПД чайника, если сила тока в его спирали 7 А и в нём за 10 мин можно нагреть от 20 °С до кипения 2,2 кг воды?

Для расчета КПД чайника нам нужно учитывать несколько факторов: мощность, потребляемую чайником, и полезную мощность, которая идёт на нагрев воды.

1. Полезная мощность (энергия, потраченная на нагрев воды):

Для того чтобы вычислить количество тепла, необходимое для нагрева воды, используем формулу:

где:

• $m$ — масса воды (2,2 кг),

• $c$ — удельная теплоёмкость воды (примерно 4200 Дж/кг·°С),

• $\Delta T$ — изменение температуры (от 20°C до 100°C, то есть 80°C).

Подставляем данные в формулу:

2. Энергия, потребляемая чайником:

Мощность чайника можно рассчитать по закону Ома:

где:

• $U$ — напряжение в сети (220 В),

• $I$ — сила тока в спирали (7 А).

Подставляем значения:

Мощность чайника составляет 1540 Вт, или 1540 Дж/с.

3. Время работы чайника:

Чайник работает 10 минут, или 600 секунд.

4. Общая энергия, потребляемая чайником за 10 минут:

Чтобы найти полную энергию, потреблённую чайником за 600 секунд, умножаем мощность на время:

5. КПД чайника:

Теперь, зная полезную энергию, потраченную на нагрев воды, и общую потреблённую энергию, можно найти КПД:

Таким образом, КПД чайника составляет примерно 80%.