Какое время потребуется для того, чтобы вся вода (0,9 л) в электрическом чайнике комнатной температуры 19 °C испарилась

Тема: Испарение воды в электрическом чайнике

Объяснение:
Для решения данной задачи необходимо использовать законы физики. Испарение воды происходит при нагревании ее до определенной температуры, называемой точкой кипения. Чтобы вычислить время, необходимое для полного испарения воды в чайнике, мы должны учесть следующие аспекты.

Сначала найдем массу воды в чайнике, используя плотность:
масса = объем × плотность = 0,9 л × 1000 кг/м³ = 900 г

Затем, найдем количество теплоты, необходимое для нагревания и испарения воды:
Q = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры + масса × удельная теплота испарения

Изменение температуры = температура кипения - комнатная температура = 100 °C - 19 °C = 81 °C

Теперь, найдем электрическую мощность:
P = (напряжение²) / сопротивление

Затем, найдем время, используя формулу:
t = Q / (КПД × P)

Теперь, подставим все значения и произведем необходимые вычисления.

Пример использования:
Задача: Какое время потребуется для того, чтобы вся вода (0,9 л) в электрическом чайнике комнатной температуры 19 °C испарилась полностью и вызвала перегрев нагревательного элемента (без функции автоотключения)?
Дополнительные данные для расчета: плотность воды = 1000 кг/м³; удельная теплоемкость воды = 4200 Дж/(кг·°С); удельная теплота испарения воды = 2,3·10^6 Дж/кг; напряжение в сети 220 В; сопротивление нагревательного элемента = 15 Ом; КПД = 60%.

Решение:
1. Найдем массу воды:
масса = 0,9 л × 1000 кг/м³ = 900 г

2. Найдем изменение температуры:
изменение температуры = 100 °C - 19 °C = 81 °C

3. Найдем количество теплоты:
Q = (масса × удельная теплоемкость × изменение температуры) + (масса × удельная теплота испарения)
Q = (900 г × 4200 Дж/(кг·°С) × 81 °C) + (900 г × 2,3·10^6 Дж/кг)
Q = 3 649 800 Дж + 2 070 000 Дж = 5 719 800 Дж

4. Найдем электрическую мощность:
P = (напряжение²) / сопротивление
P = (220 В)² / 15 Ом = 3264 Вт

5. Найдем время:
t = Q / (КПД × P)
t = 5 719 800 Дж / (0,60 × 3264 Вт)
t ≈ 294,6 секунды

Совет:
Для более простого понимания задачи, можно использовать аналогию с кипячением воды на плите. Представьте, что вы ставите чайник на плиту и ждете, пока вся вода в нем испарится и начнете биться паром. Подумайте о том, какую мощность потребуется для этого и сколько времени займет процесс. Также, не забудьте округлить ответ до целого числа.

Упражнение:
Сколько времени потребуется для полного испарения 1,5 л воды в электрическом чайнике с теми же характеристиками, что и в предыдущей задаче? (Ответ округлить до целого числа)