Чайник

Сколько теплоты нужно, чтобы нагреть воду до кипения, и сколько энергии за это время выделяет нагревательный элемент при заданном напряжении?

Чтобы нагреть литр воды от температуры водопроводной воды \(t_0=10\,^\circ\)C до температуры кипения \(t_1=100\,^\circ\)C, нужно сообщить воде количество теплоты \[Q = c\rho V(t_1 - t_0),\] где \(c\) — удельная теплоёмкость воды, \(\rho\) — плотность воды, равная \(1\) г/см\(^3\), \(V\) — объём воды в чайнике. Тепловую энергию, выделенную нагревательным элементом, находим по закону Джоуля—Ленца: \(Q_1 = UIt\), где \(U\) — напряжение на нагревательном элементе, равное напряжению в электрической сети, то есть \(220\) В; \(I\) — сила тока, протекающего через нагревательный элемент; \(t\) — время нагревания воды до \(t_1\). Так как нагрев воды происходит быстро, рассеяние тепла в окружающее пространство мало по сравнению с \(Q\) и \(Q_1\), поэтому его можно приравнять нулю. В результате получаем уравнение \[c\rho V(t_1 - t_0) = UIt,\] откуда \[I = \frac{c\rho V(t_1 - t_0)}{Ut} \approx 7{,}1~\text{А}.\]