Пластмассовая трубка длиной / = 10 см заполнена водой. К концам трубки (к воде) через специальное устройство подключено напряжение U = 84 В. Через какое время вода в трубке нагреется на = 20°С? Удельное сопротивление воды р = 1,0 Ом-м. Потерями теплоты пренебречь
Ответы
Ответ:
Объяснение:
Для решения этой задачи мы можем использовать закон Джоуля-Ленца, который гласит, что количество теплоты, выделяемое в проводнике с сопротивлением R при прохождении тока силой I в течение времени t, равно Q = I^2 * R * t.
Мы можем применить этот закон для нашей пластмассовой трубки, рассматривая воду внутри трубки как проводник с сопротивлением. Тогда количество теплоты, выделяемое в воде за время t, равно Q = I^2 * R * t, где I - ток, проходящий через воду, R - сопротивление воды, а t - время.
Найдем ток I, проходящий через воду. Для этого воспользуемся законом Ома: U = I * R, где U - напряжение на концах трубки, R - сопротивление воды. Решая эту формулу относительно I, получаем I = U / R = 84 В / 1,0 Ом-м = 84 А.
Теперь можем выразить время, за которое вода нагреется на 20°С, используя формулу Q = I^2 * R * t, где Q - количество теплоты, необходимое для нагревания воды, R - сопротивление воды, I - ток, проходящий через воду, и t - время. Так как потерями теплоты можно пренебречь, то количество теплоты, выделяемое в воде, равно количеству теплоты, необходимому для ее нагрева. Количество теплоты, необходимое для нагрева массы m воды на ΔT градусов, равно Q = c * m * ΔT, где c - удельная теплоемкость воды.
Подставляя значения в эту формулу, получаем:
c * m * ΔT = I^2 * R * t
Решая относительно t, получаем:
t = (c * m * ΔT) / (I^2 * R)
Подставляя числовые значения, получаем:
t = (4,18 Дж/(г*°C) * 10 г * 20 °C) / (84 А)^2 * 1,0 Ом-м) = 0,012 секунд.
Таким образом, вода в трубке нагреется на 20°С за 0,012 секунды.