Задачи › Нагреватели, КПД нагрева

Нагрев проводника после укорочения

  1. Нагрев проводника после укорочения

    Росатом 2019/20, 9 кл.
    4/10

    В результате протекания по цилиндрическому проводнику электрического тока температура проводника увеличилась на \(\Delta T = 10\) °C по сравнению с температурой окружающей среды и далее не увеличивалась. Затем проводник отключили от источника, отрезали \(1/10\) часть его длины и подключили к тому же источнику напряжения. Насколько в этот раз его температура будет превышать температуру окружающей среды? Считать, что удельное сопротивление проводника не зависит от температуры в рассматриваемых интервалах изменения температур.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    В стационарном режиме выделяемая в проводнике теплота равна теплоте, отданной в окружающую среду, которая пропорциональна перегреву и площади боковой поверхности. Запишите это для обоих случаев.

    Ответ

    \(\Delta T' = \dfrac{100}{81}\,\Delta T \approx 12{,}3\) °C.

    Решение

    В стационарном режиме количество теплоты, выделившейся в проводнике, равно количеству теплоты, отданному им в окружающую среду. Последнее пропорционально разности температур проводника и среды и площади боковой поверхности \(S\): \(\dfrac{U^2}{r} = \alpha\,\Delta T\, S\), где \(U\) — напряжение источника, \(r\) — сопротивление проводника, \(\alpha\) — коэффициент пропорциональности для мощности теплопотерь.

    Когда от проводника отрезали одну десятую часть, его сопротивление и площадь боковой поверхности уменьшились на одну десятую: \(r' = \dfrac{9}{10}r\), \(S' = \dfrac{9}{10}S\). Условие теплового равновесия: \(\dfrac{U^2}{r'} = \alpha\,\Delta T'\,S'\).

    Деля второе соотношение на первое, получаем \(\dfrac{\Delta T'}{\Delta T} = \dfrac{100}{81}\), откуда \(\Delta T' \approx 12{,}3\) °C.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи