РУҚА
25

Решение: Охлаждение лазера водой

ЕГЭ · Физика · Задание 25 · Основы термодинамики
ПовышеннаяФИПИF17C45Развёрнутое решение≈ 7 минутРазбор в 5 шагов
Условие

Лазер излучает световые импульсы с энергией $0{,}1\ \text{Дж}$ и частотой повторения $10\ \text{Гц}$. КПД лазера, определяемый отношением излучаемой энергии к потребляемой, составляет $1\%$. Какую массу воды необходимо прокачать за $1\ \text{ч}$ через охлаждающую систему лазера, чтобы вода нагрелась на $10\ ^\circ\text{C}$?

Удельная теплоёмкость воды равна $4200\ \text{Дж/(кг} \cdot ^\circ\text{C)}$. Считайте, что вся энергия, не преобразованная в излучение, передаётся охлаждающей воде.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

5 шагов
1

Мощность излучения равна произведению энергии одного импульса на частоту повторения импульсов:

$$P_{\text{изл}} = E\nu = 0{,}1 \cdot 10 = 1\ \text{Вт}$$
2

Из определения КПД найдём потребляемую мощность лазера:

$$\eta = \frac{P_{\text{изл}}}{P_{\text{потр}}},\qquad P_{\text{потр}} = \frac{P_{\text{изл}}}{\eta} = \frac{1}{0{,}01} = 100\ \text{Вт}$$
3

Мощность, передаваемая охлаждающей воде, составляет разность потребляемой мощности и мощности излучения:

$$P_{\text{в}} = P_{\text{потр}} - P_{\text{изл}} = 100 - 1 = 99\ \text{Вт}$$
4

За один час вода получает количество теплоты:

$$Q = P_{\text{в}}t = 99 \cdot 3600 = 356400\ \text{Дж}$$

Используем формулу количества теплоты при нагревании воды и найдём её массу:

$$Q = mc\Delta T,\qquad m = \frac{Q}{c\Delta T} = \frac{356400}{4200 \cdot 10} \approx 8{,}49\ \text{кг}$$
Ответ

Необходимо прокачать примерно $8{,}5\ \text{кг}$ воды.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Принимают мощность излучения за потребляемую мощность лазера.

Учитывают только 1% энергии, преобразованной в излучение, вместо 99% энергии, переданной в тепло.

Не переводят один час в секунды.

Забывают множитель частоты при вычислении мощности импульсного излучения.

Закрепить приёмВ теме «Основы термодинамики» ещё 170 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 25 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 5 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Основы термодинамики»: в ней 171 задача, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.