Электрический нагреватель за 20 минут доводит до кипения 3 кг воды, начальная температура которой 10°C. Сила тока в нагревателе 7 А, напряжение в сети 220 В. Какая часть потребляемой нагревателем энергии передается окружающей среде? Удельная теплоёмкость воды 4,2 кДж/(кг·К).

Для того чтобы найти, какая часть энергии передается окружающей среде, необходимо сначала посчитать, сколько энергии нагреватель передает воде, а затем вычислить, сколько энергии он потребляет.

Шаг 1: Рассчитаем энергию, переданную воде.

Энергия, необходимая для нагрева воды до кипения, вычисляется по формуле:

где:

• $m$ — масса воды (3 кг),

• $c$ — удельная теплоемкость воды (4,2 кДж/(кг·К)),

• $\Delta T$ — изменение температуры ($100^\circ C - 10^\circ C = 90^\circ C$).

Подставляем значения:

Таким образом, для нагрева воды до 100°C необходимо передать 1134 кДж энергии.

Шаг 2: Рассчитаем общую энергию, потребляемую нагревателем.

Энергия, потребляемая электрическим нагревателем, может быть найдена по формуле:

где:

• $P$ — мощность нагревателя,

• $t$ — время работы (20 минут = 1200 секунд).

Мощность нагревателя рассчитывается через силу тока и напряжение:

где:

• $I$ — сила тока (7 А),

• $U$ — напряжение (220 В).

Подставляем значения:

Теперь находим общую потребляемую энергию:

Шаг 3: Находим часть энергии, переданную окружающей среде.

Часть энергии, переданную окружающей среде, можно вычислить как разницу между общей потребляемой энергией и энергией, переданной воде:

Шаг 4: Находим долю энергии, переданную окружающей среде.

Часть потребляемой энергии, переданной окружающей среде, можно выразить как:

Ответ:

Около 38,7% потребляемой энергии передается окружающей среде.