22

Решение: КПД электрического чайника

ОГЭ · Физика · Задание 22 · Тепловые процессы и машины
ПовышеннаяФИПИ6DA9DEРазвёрнутое решение≈ 5 минутРазбор в 6 шагов
Условие

В электрочайник налили воду массой 750 г при температуре 20 °C. Через 20 мин нагревания выкипело 50 г воды. Чему равен КПД чайника, если сопротивление спирали составляет 30 Ом, а сила тока в спирали равна 4 А?

Удельная теплоёмкость воды $c = 4200\ \text{Дж/(кг·°C)}$, удельная теплота парообразования воды $L = 2{,}3 \cdot 10^6\ \text{Дж/кг}$. Ответ обоснуйте, записав необходимые формулы и вычисления.

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

6 шагов
1

Переведём массу воды и время в единицы СИ: $m = 0{,}75\ \text{кг}$, $m_{\text{исп}} = 0{,}05\ \text{кг}$, $t = 20 \cdot 60 = 1200\ \text{с}$. Вода нагревается от 20 °C до 100 °C.

$$\Delta T = 100 - 20 = 80\ ^\circ\text{C}$$
2

Количество теплоты, затраченное на нагрев всей воды:

$$Q_1 = mc\Delta T = 0{,}75 \cdot 4200 \cdot 80 = 252000\ \text{Дж}$$
3

Количество теплоты, затраченное на испарение 50 г воды:

$$Q_2 = m_{\text{исп}}L = 0{,}05 \cdot 2{,}3 \cdot 10^6 = 115000\ \text{Дж}$$
4

Полезная энергия равна сумме теплоты на нагревание и парообразование:

$$Q = Q_1 + Q_2 = 252000 + 115000 = 367000\ \text{Дж}$$
5

Электрическая энергия, потреблённая спиралью:

$$A = I^2Rt = 4^2 \cdot 30 \cdot 1200 = 576000\ \text{Дж}$$

Рассчитаем КПД чайника:

$$\eta = \frac{Q}{A} \cdot 100\% = \frac{367000}{576000} \cdot 100\% \approx 63{,}7\% \approx 64\%$$
Ответ

КПД электрочайника равен примерно $64\%$.

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

Где здесь ошибаются

Не учитывают теплоту, затраченную на испарение 50 г воды.

Используют массу испарившейся воды при расчёте нагревания вместо массы всей воды.

Не переводят 20 мин в 1200 с.

Используют массу в граммах вместо килограммов.

Забывают умножить отношение полезной и затраченной энергий на 100%.

Закрепить приёмВ теме «Тепловые процессы и машины» ещё 104 задачи — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 22 ОГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Тепловые процессы и машины»: в ней 105 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.