282. На електричному чайнику є напис «1,2 кВт, 220 в». Що означає
цей напис? Який струм виникає в нагрівальному елементі чайника за
нормального режиму роботи? Яка кількість теплоти виділяється в на-
грівальному елементі за 3 хв? Чи достатньо цієї теплоти, щоб нагріти
до кипіння 1,5 л води, температура якої 20°С?
Ответы
Напис «1,2 кВт, 220 В» на електричному чайнику означає, що максимальна потужність чайника складає 1,2 кіловат, а напруга, з якої працює чайник, становить 220 вольт.
За нормального режиму роботи чайника, у нагрівальному елементі виникає струм I = P/U, де P - потужність чайника, U - напруга, з якої працює чайник. Підставляючи дані з попереднього питання, отримуємо: I = 1200 Вт / 220 В = 5,45 А.
Кількість теплоти Q, виділеної в нагрівальному елементі за 3 хв, можна визначити за допомогою закону Джоуля-Ленца, який говорить, що Q = I^2 * R * t, де I - струм, R - опір нагрівального елемента, t - час. Оскільки дані про опір нагрівального елемента не надані, то візьмемо середнє значення опору елемента для електричних чайників - 15 Ом. Тоді: Q = (5,45 А)^2 * 15 Ом * 3 хв * 60 с/хв = 2215,5 Дж.
Щоб нагріти до кипіння 1,5 л води, температура якої 20 °C, необхідно витратити Q = m * c * ΔT кількість теплоти, де m - маса води, c - специфічна теплоємність води, ΔT - зміна температури води. Підставляючи дані, отримуємо: Q = (1,5 кг) * (4186 Дж/кг·°C) * (100 °C - 20 °C) = 502350 Дж. Як бачимо, кількість теплоти, виділеної в нагрівальному елементі за 3 хв, недостатня для нагрівання до кипіння 1,5 л води.