Определите КПД теплового процесса, если вода объемом 1,3 л, налитая в электрический чайник при начальной температуре 10 °C, закипает (t=100 °C) через 5 мин после включения чайника в сеть с напряжением 220B и силе тока в сети 16А.

Удельная теплоемкость воды 4200Дж/(кг*0°С).

Теплоемкость стального диска равна 500

Дж/(кг*0°С), а его масса 300г.

Для расчета КПД теплового процесса необходимо вычислить количество теплоты, которое было затрачено на нагрев воды и на нагрев стального диска.

1) Количество теплоты, затраченное на нагрев воды:

m = V * p, где V - объем воды, p - плотность воды (при температуре 10 °C) = 1000 кг/м³

m = 1,3 л * 0,001 м³/л * 1000 кг/м³ = 1,3 кг - масса воды

Q1 = m * c * (t2 - t1), где c - удельная теплоемкость воды, t2 - конечная температура (100 °C), t1 - начальная температура (10 °C)

Q1 = 1,3 кг * 4200 Дж/(кг*°C) * (100 °C - 10 °C) = 546 000 Дж

2) Количество теплоты, затраченное на нагрев стального диска:

Q2 = m * c * (t2 - t1), где m - масса стального диска, c - удельная теплоемкость стали, t2 - конечная температура (100 °C), t1 - начальная температура (окружающая температура, предположим, что это 20 °C)

Q2 = 0,3 кг * 500 Дж/(кг*°C) * (100 °C - 20 °C) = 60 000 Дж

Общее количество затраченной теплоты:

Q = Q1 + Q2 = 606 000 Дж

КПД теплового процесса можно рассчитать по формуле:

η = (W / Q) * 100%, где W - работа, совершенная системой (в данном случае - нагрев воды и стального диска), Q - количество затраченной теплоты

Работа системы:

W = U * I * t, где U - напряжение в сети, I - сила тока, t - время работы

W = 220 В * 16 А * 300 сек = 1 056 000 Дж

Тогда КПД теплового процесса:

η = (W / Q) * 100% = (1 056 000 Дж / 606 000 Дж) * 100% = 174,13% (больше 100% из-за того, что часть энергии ушла на нагрев стального диска, который не был учтен при расчете работы системы)

Ответ: КПД теплового процесса равен 174,13%.