Две спирали электроплитки одинакового сопротивления соединены параллельно и включены в сеть с напряжением 220 В. Чему равно сопротивление одной спирали, плитки, 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(в 3 степени) Дж/(кг • К).)
Для решения этой задачи мы можем воспользоваться формулой для расчёта мощности:
P = \frac{mv\Delta t}{t},
где P - мощность, m - масса воды, v - удельная теплоёмкость воды, Δt - изменение температуры, t - время нагревания.
Сначала найдём мощность, необходимую для нагревания 1 кг воды на 1°С:
P_1 = 1 4,2 10^3 = 4,2 * 10^3 \text{ Дж/К}.
Теперь найдём мощность, необходимую для нагревания 1 кг воды на 100°С:
P_{100} = 100 4,2 10^3 = 4,2 * 10^5 \text{ Дж/К}.
Теперь можем найти мощность, необходимую для нагревания 1 кг воды на 80°С (учитывая КПД процесса):
P{80} = 0,8 * P{100} = 0,8 4,2 10^5 = 3,36 * 10^5 \text{ Дж/К}.
Так как вода закипела за 43 секунды, то общая мощность системы должна быть равна:
P_{total} = \frac{1 3,36 10^5}{43} = 7,81 * 10^3 \text{ Вт}.
Так как две спирали соединены параллельно, общее сопротивление системы равно:
R_{total} = \frac{R_1 * R_2}{R_1 + R_2} = \frac{R^2}{2R} = \frac{R}{2},
где R - сопротивление одной спирали.
Тогда R = 2 R_{total} = 2 \frac{U^2}{P_{total}} = 2 \frac{220^2}{7,81 10^3} = 11,25 \text{ Ом}.
Таким образом, сопротивление одной спирали, плитки равно 11,25 Ом.