Въпроси и съвети по физика
Вижте предишните страници тук.
Моля, моля ви, помогнете ми да реша проблемите. 1) Нагревателният елемент има две еднакви намотки. При включена една спирала мощността на устройството е 0,3 kW. Каква е мощността на устройството с последователно и паралелно включване на спирали. 2) Електрически бойлер с мощност 1 kW, захранван от мрежата с напрежение 220 V, загрява 1,5 литра вода при 88'C за 12 минути. Определете цената на консумираната енергия и силата на тока във веригата. Тарифа 40 коп. за 1 kW * ч. Каква е ефективността на котела?
Задача 1.Ясно е, че задачата е да се използва законът на Джаул-Ленц. Българският физик Ленц експериментално открива, че отделената топлина при преминаване на електрически ток е равна на
.
Сега това се нарича закон на Джаул-Ленц. Използвайки закона на Ом, можете да получите още две формули, които описват закона на Джаул-Ленц:
.
Кое от тези три уравнения трябва да използваме?
Първото уравнение е удобно за използване, когато силата на тока не се променя. Това не е нашият случай. Първият път, когато свързваме една намотка със съпротивление, вторият път, когато свързваме две намотки паралелно, общото съпротивление ще бъде , третият път, когато свързваме две намотки последователно - общото съпротивление е . Ясно е, че токът през нагревателния елемент ще бъде различен. По същата причина второто уравнение също няма да ни подхожда. И така, предположихме три пъти, че трябва да използваме третото уравнение, изразяващо закона на Джаул-Ленц. Но дори и тук не всичко е просто или по-скоро не е просто. Токовете в спиралите ще бъдат различни, следователно спиралите ще се нагряват до различни температури и поради зависимостта на съпротивлението от температурата няма да можем да изчислим и то толкова просто. Трябва да знамматериал на намотката или топлинен коефициент на съпротивление на материала на намотката, трябва да знаете температурата на намотките. Всичко това не съществува и следователно е невъзможно да се реши този проблем. И това не са някакви малки корекции, съпротивлението поради температура може да се промени значително. В един експеримент използвах този ефект за измерване на температурата на волфрамова жица в реактор. И тогава се адаптирах, като промених съпротивлението, за да наблюдавам скоростта на химическа реакция, протичаща на повърхността на жицата. И всичко това беше възможно поради голямата зависимост на устойчивостта на волфрам от температурата. Съставителят на този проблем очевидно не се е занимавал с измервания на високи температури вътре в реакторите. Освен това има още една причина, поради която този проблем не може да бъде решен. Поради факта, че токовете в нагревателния елемент са различни, паданията на напрежението в захранващите проводници също ще бъдат различни. Следователно напреженията на нагревателния елемент също ще бъдат различни и нямаме данни, за да вземем предвид този ефект.
Какво да правя? Проблемът не може да бъде решен, но трябва да бъде решен!
Задачата трябва да бъде опростена!
Ние съзнателно приемаме:
1 - захранващите проводници нямат съпротивление и следователно няма спад на напрежението върху тях,
2 - съпротивлението на спиралите не се променя с температурата.
Тогава задачата става тривиална.
Мощността на една спирала, свързана с напрежението, е
,
и мощността на нагревателя с паралелни и последователно свързани спирали са равни съответно:
.
Решавайки тези уравнения, получаваме това
.
Енергията, получена от котела от мрежата, е равна на
,
където е мощността на котела, е времето за загряване.
Енергията, използвана за загряване на вода, е
,
където масата на водата е , - плътностводата е нейният обем.
Ефективността на котела е
.
Ще намерите силата на тока във веригата от съотношението
.
За да се намери цената на консумираната енергия, тя трябва да бъде изразена в kWh, умножена по тарифата. Не мисля, че ще получите правилния резултат, тъй като тарифата в условието на проблема вече е много условна. Сега плащам 96 копейки за 1 kWh и имам електрическа печка в кухнята си, така че имам преференциална тарифа. В къщи, където има газови печки, тарифата е два пъти по-висока. А цената на 1 kW / h в Саяно-Шушенската ВЕЦ е 6 копейки. Но това не са проблеми на физиката. Това са нашите проблеми и всичко е виновно ... ..