Фізика 8 клас
Дам 45 балів

1. Знайти кількість теплоти яка виділиться в провіднику за 5 хв по якому тече струм 500 мА. Опір провідника 4 Ом.
2. Визначити силу струму мідного провідника опором 5 мОм, площа поперечного перерізу якого 3,4 міліметрів квадратних, якщо провідник підключений до джерела струму напругою 12 В.
3. Знайти масу води яку нагрівають від 20 градусів цельсія до кипіння протягом 10 хв електронагрівником по якому тече струм 2 А від мережі напругою 220 В. ККД нагрівника 30%.

1.

Кількість теплоти, яка виділиться в провіднику, можна знайти за формулою:

Q = I^2 * R * t

де I - сила струму, R - опір провідника, t - час.

Підставляємо відомі значення і отримуємо:

Q = (0.5 A)^2 * 4 Ω * 300 s = 0.6 кДж.

Отже, за 5 хв по провіднику протікає струм, який виділяє 0.6 кДж теплоти.

2.

Сила струму в мідному провіднику можна знайти за формулою:

I = U / R

де U - напруга джерела струму, R - опір провідника.

Площу поперечного перерізу виразимо у метрах: 3.4 мм^2 = 3.4 * 10^(-6) м^2.

Опір провіника: R = ρ * l / S, де ρ - питомий опір міді, l - довжина провідника.

Підставляємо відомі значення і отримуємо:

R = (0.017 Ом-мм²/м) * (1 м / 1000 мм) * (l / 3.4 * 10^(-6) м^2) = 5 мОм.

Тоді сила струму:

I = 12 V / 5 мОм = 2.4 кА.

Отже, в мідному провіднику протікає струм силою 2.4 кА.

3.

Кількість теплоти, яка виділиться в електронагрівнику, можна знайти за формулою:

Q = P * t

де P - потужність нагрівника, t - час.

Потужність нагрівника можна знайти за формулою:

P = U * I * η

де U - напруга джерела струму, I - сила струму, η - ККД нагрівника.

Підставляємо відомі значення:

P = 220 V * 2 A * 0.3 = 132 Вт.

Кількість теплоти, яку виділить електронагрівник за 10 хв:

Q = 132 Вт * 10 * 60 s = 79.2 кДж.

Теплова енергія, необхідна для нагрівання води:

Q = m * c * ΔT

де m - маса води, c - питома води, ΔT - різниця температур.

Підставляємо відомі значення:

Q = 79.2 кДж

c = 4.18 Дж/г*К

ΔT = 100 - 20 = 80 градусів Цельсія

Знаходимо масу води:

m = Q / (c * ΔT) = 79.2 кДж / (4.18 Дж/г*К * 80 K) ≈ 236 г

Отже, необхідно нагріти близько 236 грамів води від 20 градусів до кипіння протягом 10 хв за допомогою електронагрівника зі зазначеними параметрами.