Номер 234, страница 41 - гдз по физике 8 класс сборник задач Исаченкова, Слесарь

Для оценки коэффициента полезного действия (КПД) электрочайника необходимо определить отношение полезной теплоты, пошедшей на нагрев воды, к полной энергии, потребленной чайником из электросети. КПД, обозначаемый как η, вычисляется по формуле: $η = \frac{Q_{полезная}}{A_{затраченная}} \cdot 100\%$. Здесь $Q_{полезная}$ — это количество теплоты, полученное водой, а $A_{затраченная}$ — это работа электрического тока, совершенная нагревателем чайника.

Для проведения эксперимента потребуются: сам электрочайник, мерный стакан или кухонные весы для определения количества воды, термометр для измерения начальной температуры и секундомер для фиксации времени нагрева.

Процедура оценки КПД состоит из следующих шагов. Во-первых, необходимо узнать мощность электрочайника $\text{P}$. Это значение обычно указано на его корпусе или в технической документации и измеряется в ваттах (Вт). Во-вторых, нужно налить в чайник определенное количество воды и измерить ее массу $\text{m}$. Проще всего это сделать, измерив объем $\text{V}$ мерным стаканом и воспользовавшись формулой $m = ρ \cdot V$, где плотность воды $ρ$ примерно равна 1000 кг/м³. Например, 1 литр воды имеет массу около 1 кг. В-третьих, с помощью термометра измеряется начальная температура воды $t_{1}$.

Далее, следует включить чайник и одновременно запустить секундомер. Когда чайник автоматически выключится (то есть вода закипит), нужно остановить секундомер и записать время нагрева $τ$ в секундах. Конечную температуру воды $t_{2}$ можно принять равной температуре кипения, то есть 100 °C (при нормальном атмосферном давлении).

После проведения измерений можно переходить к расчетам. Полезное количество теплоты, полученное водой, вычисляется по формуле: $Q_{полезная} = c \cdot m \cdot (t_{2} - t_{1})$, где $\text{c}$ — удельная теплоемкость воды, которая составляет примерно 4200 Дж/(кг·°C). Затраченная электрическая энергия вычисляется по формуле: $A_{затраченная} = P \cdot τ$.

Наконец, для нахождения КПД необходимо подставить вычисленные значения в основную формулу. Итоговая формула для расчета КПД электрочайника выглядит так: $η = \frac{c \cdot m \cdot (t_{2} - t_{1})}{P \cdot τ} \cdot 100\%$.

Ответ: Чтобы оценить КПД электрочайника, нужно измерить массу $\text{m}$ налитой в него воды, её начальную температуру $t_{1}$ и время закипания $τ$. Также необходимо знать мощность чайника $\text{P}$. Полезная работа — это теплота, пошедшая на нагрев воды, $Q_{полезная} = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1)$, где $t_2$ — температура кипения. Затраченная работа — это потребленная электроэнергия, $A_{затраченная} = P \cdot τ$. КПД вычисляется как отношение полезной работы к затраченной: $η = \frac{Q_{полезная}}{A_{затраченная}} \cdot 100\%$.