Question

Лед массой 2 кг, находящийся при температуре плавления, растапливают на электроплитке. В электроплитке две спирали сопротивлением 20 Ом каждая соединены последовательно и включены в сеть 220 В. Весь лед растаял за 12 мин. Определите КПД процесса.

Answer 1

Задача на уравнение теплового баланса, Ну и попутно на законы Ома и Джоуля-Ленца. Хотя баланса тут всего ничего.
Для плавления льда массой  m находящегося при температуре плавления к нему необходимо подвести количество теплоты:
$Q_1=qm$ (1) 
Где q- удельная теплота плавления льда
q=335*10³ Дж/кг

$Q_1=335*10^3*2=670*10^3$ Дж

При пропускании тока через проводник на нем за время Δt выделится количество теплоты:
$Q_2=IUcdot Delta t$  (2)
I - ток через провдник (в Амперах)
U - Напряжение на концах провдника (в Вольтах)
Δt - Интервал временим (с)
В нашем случае ток равен
$I= frac{U}{2R}$ (3)
R- сопротивление одной спирали. Две одинаковые соединены последовательно, значит суммарное сопротивление равно
2R=2*20=40 Ом.    (4)
Ну что ж, Подставляем числовые значения в (2) и с учетом (3) и (4) (не забываем 12мин=720с) ,получаем Q₂
$Q_2=220*frac{220}{40}*720=871,2 *10^3$ Дж

КПД Это отношение теоретически необходимых на плавление затрат теплоты к полным затратам. Т.е в нашем случае:
$eta = frac{Q_1}{Q_2}= frac{670*10^3}{871,2*10^3} approx 0,77$

ОТВЕТ: η≈0,77