Задачи › Вычисление сопротивлений, симметрия, бесконечные цепочки

Нагревательные элементы и лёд

  1. Нагревательные элементы и лёд

    «Шаг в будущее» 2023/24, 8 кл.
    6/10

    Из пяти нагревательных элементов собрали схему, указанную на рисунке. Элементы 1 и 3 опущены в заполненный водой калориметр объёмом \(450\) мл, а остальные элементы нагревают \(3940\) г льда. Определите, какая часть льда растает к моменту закипания воды, если к цепи приложено постоянное напряжение \(U = 220\) В. До включения вся система долгое время находилась при температуре \(0\,^{\circ}\)C. Известно, что сопротивление каждого нагревательного элемента, кроме четвёртого, равняется \(12\) Ом. Сопротивление четвёртого нагревательного элемента равняется \(14{,}8\) Ом. Удельная теплоёмкость воды \(4160\,\dfrac{\text{Дж}}{\text{кг}\cdot\text{К}}\), удельная теплота плавления льда \(300\,\dfrac{\text{кДж}}{\text{кг}}\), плотность воды \(1000\) кг/м\(^3\). Теплоёмкостью нагревательных элементов и нагревом окружающей среды пренебречь. Считать сопротивление нагревательных элементов при изменении температуры постоянным.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Найдите общее сопротивление цепи, затем токи и напряжения на каждом элементе. Выпишите мощности тех элементов, которые греют воду, и тех, которые греют лёд, и запишите баланс энергии для каждого из двух процессов.

    Ответ

    \(0{,}4\).

    Решение

    Сопротивления \(R_2\) и \(R_5\) соединены параллельно и последовательно с \(R_1\); \(R_3\) подключён параллельно этому участку, и всё вместе последовательно с \(R_4\). Общее сопротивление \(R_0 = 22\) Ом. Ток в цепи \(I_0 = U/R_0 = 10\) А. Далее: \(U_4 = I_4 R_4 = 148\) В, \(U_3 = U_{125} = 72\) В, \(I_3 = 6\) А, \(I_1 = 4\) А, \(I_2 = I_5 = 2\) А, \(U_1 = 48\) В, \(U_2 = U_5 = 24\) В. Мощности: \(P_1 = 192\) Вт, \(P_2 = 48\) Вт, \(P_3 = 432\) Вт, \(P_4 = 1480\) Вт, \(P_5 = 48\) Вт.

    Баланс энергии для воды (элементы 1 и 3): \(c\,m_{\text{в}}\,\Delta t = (P_1 + P_3)\,\tau\), откуда \(\tau = 300\) с. Для льда (элементы 2, 4 и 5): \(\lambda m_{\text{л}} = (P_2 + P_4 + P_5)\,\tau\), откуда \(m_{\text{л}} = 1{,}576\) кг. Доля растаявшего льда \(k = \dfrac{m_{\text{л}}}{M} = 0{,}4\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи