Форум.

info@abitura.com

Предыдущие страницы смотрите здесь.

Пожалуйста, очень прошу, помогите решить задачи!!!
1)
Нагревательный элемент имеет две одинаковае спирали. При включение одной спирали мощность прибора равна 0,3 кВт. Чему равна мощность прибора при последовательном и параллельном включение спиралей.
2)
Электричекий кипятильник мощностью 1 кВт, работающий от сети с напряжением 220 в, за 12 мин нагревает 1,5 л воды на 88'С. Определить стоимость израсходованной энергии и силу тока в цепи. Тариф 40 коп. за 1 кВт * ч. Чему равен КПД кипятильника?

Задача 1.
Ясно, что задача на использование закона Джоуля - Ленца. Российский физик Ленц экспериментально обнаружил, что выделившееся при прохождении электрического тока тепло равно

Сейчас это называется законом Джоуля – Ленца. Воспользовавшись законом Ома можно получить еще две формулы, описывающие закон Джоуля – Ленца:

Какое из этих трех уравнений нам следует использовать?

Первым уравнением удобно пользоваться, когда не меняется сила тока. Это не наш случай. В первый раз мы подключаем одну спираль сопротивлением , второй раз мы подключаем две спирали параллельно, общее сопротивление будет , в третий раз мы подключим две спирали последовательно – общее сопротивление равно . Ясно, что ток через нагревательный элемент будет разный. По этой же причине нас не устроит и второе уравнение. Итак, мы с трех раз угадали, что нам нужно пользоваться третьим уравнением, выражающим закон Джоуля – Ленца. Но и здесь не все просто, а точнее совсем не просто. Токи в спиралях будут разными, следовательно, спирали будут нагреваться до разных температур, а из-за зависимости сопротивления от температуры мы не сможем так просто вычислить  и . Необходимо знать материал спирали или термический коэффициент сопротивления материала спирали, надо знать температуры спиралей. Всего этого нет, и потому решить эту задачу невозможно. И это не какие – то небольшие поправки, сопротивление из-за температуры может меняться в разы. В одном из экспериментов я использовал этот эффект, чтобы измерять температуру вольфрамовой проволочки в реакторе. А затем я приспособился по изменению сопротивления следить за скоростью химической реакции, протекающей на поверхности проволочки. И это все было возможно из-за большой зависимости сопротивления вольфрама от температуры. Составитель этой задачи, по-видимому, не занимался измерениями высоких температур внутри реакторов. Кроме того, есть еще одна причина, по которой нельзя решить эту задачу. Из-за того, что токи в нагревательном элементе разные, будут разными и падения напряжения в подводящих проводах. Поэтому будут разными и напряжения на нагревательном элементе, а у нас нет данных, чтобы учесть этот эффект.

Что делать? Решить задачу нельзя, а решить надо!

Задачу надо упростить!

Мы сознательно предполагаем:

1 – подводящие провода не имеют сопротивления, и потому падения напряжения на них не происходит,

2 – сопротивление спиралей не меняется от температуры.

Тогда задача становится тривиальной.

Мощность одной спирали, подключенной к напряжению  равна

а мощности нагревателя с параллельно и последовательно включенными спиралями равны, соответственно:

Решив эти уравнения, получим, что

Задача 2.

Энергия, полученная кипятильником из сети, равна

где  – мощность кипятильника, - время нагрева.

Энергия, пошедшая на нагрев воды, равна

где масса воды равна , - плотность воды,  - ее объем.

КПД кипятильника  равен

Сила тока в цепи найдете из соотношения

Чтобы найти стоимость израсходованной энергии, следует , выраженное в кВт/ч, помножить на тариф. Не думаю, что вы получите правильный результат, так как тариф в условии задачи уж очень условный. Я плачу сейчас 96 копеек за 1 кВт/ч, а у меня на кухне электрическая плита, поэтому у меня льготный тариф. В домах, где стоят газовые плиты, тариф в два раза больше. А себестоимость 1 кВт/ч на Саяно-Шушенской ГЭС 6 копеек. Но это не проблемы физики. Это наши проблемы, а во всем виноват…..
 

 
Следующие страницы смотрите здесь.
Обсудить на форуме.