Спираль электроплиты изготовлена из нехромированного провода сечением 0.15мм2 и длинной 10 м. плита включена в сеть с напряжением 220в. 1.определить кол-во теплоты, которое выделяется в спирали электроплиты за 20 мин работы 2.вычислить обьем воды, температурой 15 градусов, которую плита может довести ло кипения за 20 мин.кпд плиты -80 процентов

Сопротивление спирали электроплиты:

  R = ρL/S,  где  ρ = 1,1 Ом·мм²/м  - удельное сопр-е нихрома

                           L = 10 м  -  длина проводника

                           S = 0,15 мм² - площадь поперечного сечения.

Тогда:

             R = 1,1 · 10 : 0,15 = 73 1/3 (Ом)

1). Количество теплоты, выделяющееся в спирали за 20 мин работы:

             Q = I²Rt, где  I - сила тока в спирали (А)

                                   U = 220 В - напряжение на концах спирали  

                                    t = 20 мин = 1200 с - время работы

Ток, проходящий в спирали:

           I = U/R = 220 : 73 1/3 = 3 (A)

Тогда:

           Q = 3² · 73 1/3 ·1200 = 792 000 (Дж)

2). Количество теплоты, необходимое для доведения до кипения воды, массой m и начальной температурой 15°:

              ηQ = cm(t₂ - t₁),

    где с = 4200 Дж/(кг·град) - уд. теплоемкость воды

           m - масса воды (кг)

           η = 80% - КПД  плиты

     Δt = t₂ - t₁ = 100 - 15 = 85 (град) - разность температур

Тогда:

            m = ηQ : (c · Δt) = 0,8 · 792 000 : 357 000 ≈ 1,77 (кг)

Объем воды при плотности ρ = 1 кг/дм³:

            V = m/ρ = 1,77 (дм³) = 1,77 (л)

Начальная потенциальная энергия Еп=mgh=980*m
кинетическая энергия рассчитывается по формуле Ек= m*v^2/2
есть соотношение Еп/Ек=4
его можно переписать так:
9,8*m*h/(m*v^2/2)=4
для удобства примем, что камень у нас весит 1 кг. можно любой другой вес, он всеравно сократится, просто с килограммовым камнем меньше путаницы и недопонимания.
тогда формула примет такой вид:
19,6*h/v^2=4
тогда выразим высоту:
h=4*v^2/19,6
потенциальная энергия килограммового камня на 100-метровой высоте 980 Дж.
тогда на высоте h при которой потенциальная энергия этого камня больше кинетической в 4 раза суммарная энергия будет выглядеть так:
9,8*h+v^2/2=980
выразим v^2 и поставим в предыдущее уравнение
V^2=2*(980-9,8*h)
тогда
h=8*(980-9,8*h)/19,6
h=(7840-78,4*h)/19,6
h=400-4*h
h=400/5
h=80 (m)
теперь можно подставить эту высоту в какое-нибудь уравнение и посчитать скорость
v^2=2*(980-9,8*80)
v^2=392
v=19,8 (м/с)

Вобщем - изменение внутренней энергии системы равно сумме из работы внешних сил и количества теплоты, которое эта система получила из вне или отдала. записывается это так: dU = A + Q.
теперь представим, что система у нас изолированная, т.е. А=0 и Q=0, тогда и изменение внутренней энергии системы dU = 0. говоря, простым языком если система у нас состоит из одного единственного тела и она изолирована, то его температура все время будет постоянной.
если же система состоит допустим из двух тел и одно более горячее чем другое, то при соприкосновении этих тел тепловая энергия будет передаваться от более нагретой тела к телу менее нагретому до тех пор, пока их температуры не сравнится, при этом количество теплоты, отданное более горячим телом будет в точности равняться количеству теплоты, полученному телом менее горячим. записать это можно так: Qп = Qo это и есть уравнение теплового баланса для изолированной системы.