Три кипятильника на аккумуляторе
7/10В комнате с температурой воздуха \(t_\text{к} = 25\ {}^\circ\)C находится батарея аккумуляторов с суммарной ЭДС \(U = 200\) В и суммарным внутренним сопротивлением \(r = 20\) Ом. Выводы батареи подсоединены к электрической розетке. Изначально в эту розетку был включен кипятильник номер 1 с сопротивлением \(R = 200\) Ом, опущенный в стакан с холодной водой, которую он смог прогреть только до температуры \(t_1 = 50\ {}^\circ\)C. Потом кипятильник вынули из розетки и вставили в неё разветвитель питания (так называемый «тройник»). К первым двум его выходам подключили кипятильники номер 1 и номер 2 (такой же, как кипятильник 1), а к третьему — кипятильник номер 3, той же формы, изготовленный из тех же материалов, но все размеры которого в \(n = 2\) раза меньше, чем у кипятильника номер 1. Эти кипятильники положили в стаканы с холодной водой: кипятильники 1 и 3 — в такие же, что и изначально, а кипятильник 2 — в стакан, все размеры которого в \(n\) раз меньше, чем у исходного стакана. До каких температур \(t_2\) и \(t_3\), соответственно, нагреется за длительное время вода в стаканах, в которые помещены кипятильники 2 и 3? Мощность тепловых потерь через единицу площади поверхности считайте пропорциональной разности температур.
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаВ установившемся режиме мощность кипятильника равна мощности теплопотерь, а они пропорциональны площади стакана и разности температур. Сопротивление проволоки при уменьшении всех размеров в \(n\) раз растёт в \(n\) раз.
ОтветВ стакане, в который помещён кипятильник 2, вода нагреется до \(100\ {}^\circ\)C (закипит); в стакане, в который помещён кипятильник 3, вода нагреется до температуры \[t_3 = t_\text{к} + (t_1 - t_\text{к})\, n \left(\frac{r + R}{(2n+1)\,r + nR}\right)^2 \approx 34{,}7\ {}^\circ\text{C}.\]
Похожие задачи
- Три чайника МОШ 2010/11, 11 кл.
- Две медные проволоки между клеммами МОШ 2015/16, 10 кл.
- Мощность в цепи из четырёх узлов МОШ 2017/18, 11 кл.
- Резистор начинает плавиться МОШ 2019/20, 9 кл.
- Цепочка проволочных кубов с источниками МОШ 2015/16, 11 кл.
- Светодиодная гирлянда МОШ 2017/18, 10 кл.