Сила тока в нагревательном элементе электрического чайника равна 4а за какое время

Обновлено: 28.06.2024

Резистивная или нагревательная спираль может быть изготовлена в домашних условиях. Для этого нужна проволока из нихрома подходящей марки и правильный расчет требуемой длины.

Расчёт спирали из нихрома опирается на удельное сопротивление проволоки и требуемую мощность или сопротивление, в зависимости от назначения спирали. При расчете мощности нужно учитывать максимально допустимый ток, при котором спираль нагревается до определенной температуры.

Учет температуры

Например, проволока диаметром 0,3 мм при токе 2,7 А нагреется до 700 °С, а ток в 3,4 А нагреет ее до 900 С. Для расчета температуры и тока существуют справочные таблицы. Но еще нужно учитывать условия эксплуатации нагревателя. При погружении в воду теплоотдача повышается, тогда максимальный ток можно повысить на величину до 50 % от расчетного. Закрытый трубчатый нагреватель, наоборот, ухудшает отвод тепла. В этом случае и допустимый ток необходимо уменьшить на 10—50 %.

На интенсивность теплоотвода, а значит и на температуру нагревателя, влияет шаг навивки спирали. Плотно расположенные витки дают более сильный нагрев, больший шаг усиливает охлаждение. Следует учитывать, что все табличные расчеты приводятся для нагревателя, расположенного горизонтально. При изменении угла к горизонту условия теплоотвода ухудшаются.

Расчет сопротивления нихромовой спирали и ее длины

Определившись с мощностью, приступаем к расчету требуемого сопротивления. Если определяющим параметром является мощность, то вначале находим требуемую силу тока по формуле I=P/U. Имея силу тока, определяем требуемое сопротивление. Для этого используем закон Ома: R=U/I.

Обозначения здесь общепринятые:

P – выделяемая мощность;
U – напряжение на концах спирали;
R – сопротивление спирали;
I – сила тока.

Расчет сопротивления нихромовой проволоки готов. Теперь определим нужную нам длину. Она зависит от удельного сопротивления и диаметра проволоки. Можно сделать расчет, исходя из удельного сопротивления нихрома: L=(Rπd2)/4ρ. Здесь:

L – искомая длина;
R – сопротивление проволоки;
d – диаметр проволоки;
ρ – удельное сопротивление нихрома;
π – константа 3,14.

Но проще взять готовое линейное сопротивление из таблиц ГОСТ 12766.1-90. Там же можно взять и температурные поправки, если нужно учитывать изменение сопротивления при нагреве. В этом случае расчет будет выглядеть так: L=R/ρ_ld, где ρ_ld – это сопротивление одного метра проволоки, имеющей диаметр d.

Накопительные водонагреватели (бойлеры)

Без физико-математических формул бытовой расчёт описывается следующим образом: за 1 час 1 кВт нагревает 860 литров на 1 К. Для более точного определения времени нагревания, мощностных характеристик, объёма используется универсальная формула, из которой потом выводятся остальные результаты:

Эта формула состоит из нескольких и отражает целый ряд параметров, учитывая при этом фактор теплопотерь. (При малых мощностных характеристиках и большом объёме этот фактор становится более существенным, однако в бытовых нагревателях этим учётным значением чаще пренебрегают):

N full – мощностные характеристики нагревательного элемента,

Q c – теплопотери водонагревательной ёмкости.

c= Q/m*(tк-tн)
- С – удельная теплоёмкость,
- Q – количество теплоты,
- m – масса в килограммах (либо объём в литрах),
- tк и tн (в °С) – конечная и начальная температуры.
N=Q/t
- N – мощностные характеристики нагрева.
- t — время нагревания в секундах.
N = N full — (1000/24)*Q c

Упрощенные формулы с постоянным коэффициентом:

Расчёт мощности ТЭНа для нагрева воды нужной температуры:
W= 0,00117*V*(tк-tн)/T
Определение времени, необходимого для нагревания воды в водонагревателе:
T= 0,00117*V*(tк-tн)/W

W (в кВТ) – мощностная характеристика ТЭНов (нагревательного элемента),
Т (в часах) – время нагрева воды,
V (в литрах) – объем бака,
tк и tн (в °С) – конечная и начальная температуры (конечная – обычно 60°C).

Часто объём приравнивают к массе (m). Тогда определение мощности ТЭНа будет производиться по формуле: W= 0,00117*m*(tк-tн)/T. Формулы считаются упрощёнными, ещё и потому что в них не учитывается:

фактическая мощность электросети,
температура окружающей среды,
конструктивные особенности и потенциальные теплопотери бака,
рекомендации некоторых производителей, относительно tн (порядка 5-8 °С летом и 15-18 °С – зимой).

Расчет необходимой мощности для обогрева шкафов автоматики

Вычисление мощности нагрева производится по следующей формуле:

Р = А * k * ( Твнутр – Твнеш ) — Qv

Здесь Р – необходимая мощность нагрева

А – площадь эффективной поверхности теплообмена

Твнутр – Твнеш – разница температур воздуха внутри и снаружи шкафа

k – коэффициент теплоотдачи корпуса шкафа управления

Qv – суммарное тепловыделение электроприборов в шкафу

Полученная мощность используется для подбора моделей обогревателей шкафа автоматики ОША. Калькулятор, предоставленный на данной странице, поможет вам легко и быстро произвести все необходимые вычисления для определения мощности обогрева шкафа автоматики. Для более точного вычисления вы также можете обратиться к нашим специалистам по телефону или при помощи форм обратной связи. Обращайтесь к нам и получите полную консультацию по обогреву шкафов управления абсолютно бесплатно!

Количество электроэнергии кВт·ч и стоимость нагрева воды.

Калькулятор высчитает время нагрева воды в накопительных водонагревателях в зависимости от ёмкости бака, мощности ТЭНов, температуры нагрева и температуры входящей воды.

Вы можете указать КПД накопительного водонагревателя (обычно 95-99%).

Электроэнергия преобразуется в тепло и КПД зависит от материала нагревательного элемента (от потерь электроэнергии в нем и от теплопроводности), от площади соприкосновения элемента с водой, переходных сопротивлениях контактов и потерь в шнуре электропитания. На каждом этапе теряется некоторая часть энергии. В зависимости от типа прибора, КПД находится в пределах 95-99%.

Чем эффективнее теплоизоляционные свойства материала, отделяющего внутренний бак от окружающей среды, и толще его слой, тем экономичнее водонагреватель. Современные бойлеры гарантируют снижение температуры воды не более 0,25 — 0,5 градуса в час и расход электроэнергии менее 1 кВт/ч в сутки в дежурном режиме.

Наиболее оптимальным температурным режимом работы водонагревателя 55-60°С. Это снижает электропотребление на поддержания температуры горячей воды, уменьшает образование накипи, обеспечивает более щадящий режим для внутреннего бака.

Расчет мощности эл. ТЭНов

Оптимальным источником энергии, для нагрева испарительной емкости, является квартирная электрическая сеть, напряжением 220 В. Можно просто использовать для этих целей бытовую электроплиту. Но, при нагреве на электроплите, много энергии расходуется на бесполезный нагрев самой плиты, а также излучается во внешнюю среду, от нагревательного элемента, не совершая при этом, полезной работы. Эта, понапрасну затрачиваемая энергия, может достигать приличных значений — до 30-50 %, от общей затраченной мощности на нагрев куба. Поэтому использование обычных электроплит, является нерациональным с точки зрения экономии. Ведь за каждый лишний киловатт энергии, приходится платить. Наиболее эффективно использовать врезанные в испарительную емкость эл. ТЭНы. При таком исполнении, вся энергия расходуется только на нагрев куба + излучение от его стенок вовне. Стенки куба, для уменьшения тепловых потерь, необходимо теплоизолировать. Ведь затраты на излучение тепла, от стенок самого куба могут так же, составлять до 20 и более процентов, от всей затрачиваемой мощности, в зависимости от его размеров. Для использования в качестве нагревательных элементов врезанных в емкость, вполне подходят ТЭНы, от бытовых эл.чайников, или другие подходящие по размерам. Мощность таких ТЭНов, бывает разная. Наиболее часто применяются ТЭНы с выбитой на корпусе мощностью 1.0 кВт и 1.25 кВт. Но есть и другие.

Поэтому мощность 1-го ТЭНа, может не соответствовать по параметрам, для нагрева куба и быть больше или меньше. В таких случаях, для получения необходимой мощности нагрева, можно использовать несколько ТЭНов, соединенных последовательно или последовательно-параллельно. Коммутируя различные комбинации соединения ТЭНов, переключателем от бытовой эл. плиты, можно получать различную мощность. Например имея восемь врезанных ТЭНов, по 1.25 кВт каждый, в зависимости от комбинации включения, можно получить следующую мощность.

Такого диапазона вполне хватит для регулировки и поддержания нужной температуры при перегонке и ректификации. Но можно получить и иную мощность, добавив количество режимов переключения и используя различные комбинации включения.

Последовательное соединение 2-х ТЭНов по 1.25 кВт и подключение их к сети 220В, в сумме дает 625 Вт. Параллельное соединение, в сумме дает 2.5 кВт.

Рассчитать можно по следующей формуле.

Мы знаем напряжение, действующее в сети, это 220В. Далее мы так же знаем мощность ТЭН, выбитую на его поверхности допустим это 1,25 кВт, значит, нам нужно узнать силу тока, протекающую в этой цепи. Силу тока, зная напряжение и мощность, узнаем из следующей формулы.

Сила тока = мощность, деленная на напряжение в сети.

Записывается она так: I = P / U.

Где I — сила тока в амперах.

P — мощность в ваттах.

U — напряжение в вольтах.

При подсчете нужно мощность, указанную на корпусе ТЭН в кВт, перевести в ватты.

1,25 кВт = 1250Вт. Подставляем известные значения в эту формулу и получаем силу тока.

I = 1250Вт / 220 = 5,681 А

Далее зная силу тока подсчитываем сопротивление ТЭНа, по следующей формуле.

R — сопротивление в Омах

U — напряжение в вольтах

I — сила тока в амперах

Подставляем известные значения в формулу и узнаем сопротивление 1 ТЭНа.

R = 220 / 5.681 = 38,725 Ом.

Далее подсчитываем общее сопротивление всех последовательно соединенных ТЭНов. Общее сопротивление равно сумме всех сопротивлений, соединенных последовательно ТЭНов

Rобщ = R1+ R2 + R3 и т.д.

Таким образом, два последовательно соединенных ТЭНа, имеют сопротивление равное 77,45 Ом. Теперь нетрудно подсчитать мощность выделяемую этими двумя ТЭНами.

P — мощность в ваттах

U 2 — напряжение в квадрате, в вольтах

R — общее сопротивление всех посл. соед. ТЭНов

P = 624,919 Вт, округляем до значения 625 Вт.

Далее при необходимости можно подсчитать мощность любого количества последовательно соединенных ТЭНов, или ориентироваться на таблицу.

В таблице 1.1 приведены значения для последовательного соединения ТЭНов.

Общие данные, необходимые для вычислений

Чем мощнее электрообогреватель, тем быстрее он подогревает заданное количество воды. Поэтому приборы по этому параметру подбирается в соответствии с задачами, необходимым объёмом и допустимым временем ожидания. Так, например, нагрев до 60°С 15 литров с нагревателем в 1,5 кВт займёт около полутора часов. Однако для больших объёмов (например, для наполнения 100-литровой ванны) при разумном времени ожидания (до 3 часов) для доведения жидкости до комфортной температуры понадобится устройство на 3 кВт мощнее.

Для полноценного вычисления расчётной мощности необходимо учесть ряд параметров:

Проточные водонагреватели

В расчете количества тепла для нагрева проточной воды надо учитывать разницу в стандартах напряжения России (220 В) и Европы (230 В), так как значительная часть электроводонагревателей изготовляется западноевропейскими компаниями. Благодаря этой разнице номинальный показатель в 10 кВт в таком приборе при подключении к российской сети в 220В будет на 8,5% меньше – 9,15.

Максимальный гидропоток V (в литрах за минуту) с заданными мощностными характеристиками W (в киловаттах) рассчитывается по формуле: V= 14,3*(W/t₂-t₁), в которой t₁ и t₂– температуры на входе в нагреватель и в результате подогрева соответственно.

Ориентировочные мощностные характеристики электроводонагревателей применительно к бытовым потребностям (в киловаттах):

4−6 – только для мытья рук и посуды,
6−8 – для принятия душа,
10−15 – для мойки и душа,
15−20 – для полного водоснабжения квартиры или частного дома.

Выбор затрудняет то, что нагреватели выпускаются в двух вариантах подключения: к однофазной (220 В) и трёхфазной (380 В) сети. Однако нагреватели для однофазной сети, как правило, не выпускаются выше 10 киловатт.

Сколько кВт·ч энергии тратится на нагрев воды

Этот калькулятор высчитает сколько денег, электроэнергии и времени тратится на нагрев воды. Вам не потребуется ни формул, ни коэффициентов: просто введите ваши данные и получите ответ.

Для расчета потребленной электроэнергии надо указать температуру холодной и горячей воды, а также её объём (массу). Вы можете указать КПД нагревательного прибора, если он вам известен. Если задать КПД 100%, то расчет покажет только полезную мощность затраченную на нагрев воды. При указании реального КПД расчет выдаст полную мощность потребленную от сети.

Чтобы оценить сколько времени занимает нагрев, укажите мощность электроприбора, которым вы греете воду, в киловаттах (кВт). Мощность часто указана на корпусе прибора, а также в его руководстве по эксплуатации или паспорте.

Кипячение воды в электрочайнике

Обычно я наливаю в чайник воду комнатной температуры 20°C до отметки 1 литр и всегда довожу до кипения (до 100 градусов). Мощность чайника 2 кВт. Простейший расчет показывает, что на кипячение потратится примерно 0,1 кВт ч (киловатт часов) электроэнергии, 3 минуты времени, и, по московским тарифам, пятьдесят копеек денег.

Значит, каждое чаепитие прибавляет пол рубля в счет за электроэнергию, но это значительно меньше цены порции чая или кофе.

Подогрев воды в накопительном водонагревателе

Принимая душ, я каждый раз полностью опустошаю всю горячую воду из накопительного нагревателя, потому как в конце вода становится холодной. Зимой нагреватель греет холодную водопроводную воду от 5 до 45 градусов. Объем бачка 80 литров. При мощности тэнов 2 кВт, свежая вода в бачке будет нагреваться 2 часа, при этом потратится примерно 4 кВт электроэнергии и 20 рублей денег на её оплату. Летом вода греется от 18 до 45.

Значит, зимой каждое принятие душа обходится семейной казне в 20 рублей, а летом — в 15 рублей, если не считать стоимость холодной воды.

Расчет мощности ТЭНа

Несмотря на широкий сегодняшний ассортимент и функциональность выпускаемых различными производителями электробойлеров, их самодельные аналоги и в наше время не потеряли своей актуальности.

Обусловлено это прежде всего меньшей стоимостью последних, поэтому для реализации нагрева воды, скажем для летнего душа или умывальника на даче многие нередко используют самодельные электроводонагреватели, конструктивно представляющие собой емкость с нагревательным элементом — ТЭНом.

Калькулятор расчета мощности тэна для нагрева воды

Предложенный калькулятор, исходя из емкости бака водонагревателя, начальной и конечной (требуемой) температуры воды и времени нагрева позволяет выполнить расчет необходимой электрической мощности ТЭНа с достаточной степенью точности, на которую влияет конструктивные особенности ТЭНа и фактическое напряжение электросети.

При напряжении в сети ниже Uраб нагревателя (например, в результате падения напряжения в линии) очевидно, что его работа будет менее эффективна и снижение температуры греющей поверхности увеличит длительность нагрева воды до требуемой температуры.

Результат расчета не означает, что обязательного использования ТЭНа такого номинала: полученная мощность может быть набрана несколькими параллельно соединенными нагревательными элементами.

Обратите внимание, что расчет производится без учета возможных потерь тепла электроводонагревателей в окружающую среду, возникающих ввиду самых разных факторов, начиная от конструкции бойлера и заканчивая состоянием (наличием) теплоизоляции

Расчет силы тока

Сила тока: I=P/U
. в котором: P
— номинальная потребляемая мощность, U
— напряжение в сети. По расчитанной силе тока подбираются соответствующие провода, разъемы, устройства автоматического отключения и защиты.

HBPro Домашние пивовары

Современные производители в широком ассортименте выпускают электрические водонагреватели, используемые в квартирах и частных домах. Однако нередко возникает необходимость оборудовать на даче или в летнем домике систему нагрева воды с использованием самодельных устройств. В связи с этим приходится выполнять расчет мощности ТЭНа, чтобы , сделанные своими руками, работали максимально эффективно.

Электронагреватели широко используются в бытовых электроприборах: чайниках, утюгах, каминах, плитках, паяльниках и т. д. Тепловое действие тока. При прохождении электрического тока через неподвижные металлические проводники единственным результатом работы тока является нагревание этих проводников, и, следовательно,по закону сохранения энергии вся работа, совершенная током, превращается в тепло.

Работа (в джоулях), совершаемая током при прохождении его через участок цепи, вычисляется по формуле:

U - напряжение, В;
I - сила тока, А;
t- время, с.

Количество теплоты (Дж), выделенное в проводнике при прохождении по нему электрического тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока и вычисляется по закону Джоуля - Ленца:

где R - сопротивление проводника, Ом.

Произведем расчет количества теплоты, необходимой для того, чтобы вскипятить воду в чайнике, вмещающем 2 л. Напряжение сети U=220 В. Ток, потребляемый электрочайником, I= 4 А. Определить время закипания воды в чайнике, если КПД его 80% и начальная температура воды 20° С.

U=220 В;
I=4 А;
m=2 кг;
КПД=0,8;
t=20° С;
tкип = 100° С.
Удельная теплоемкость воды С=4200.

Определим количество теплоты, необходимое для нагрева воды до температуры кипения.

Qпол = cm (tкип - t0) = 4200 * 2(100 - 20) = 672 000 Дж.

Определим общее количество теплоты, которое должен выделить нагревательный элемент электрочайника, с учетом потерь на нагрев керамики, корпуса чайника и внешней среды:

Определим время закипания воды в чайнике:

Отсюда находим t;

Мощность электрического тока. Зная работу, совершаемую током за некоторый промежуток времени, можно рассчитать и мощность тока, под которой, так же как и в механике, понимают работу, совершаемую за единицу времени. Из формулы, определяющей работу постоянного тока А = U//t, следует, что мощность его (Р) равна:

Нередко говорят о мощности электрического тока, потребляемой от сети, желая этим выразить мысль, что при помощи электрического тока (за счет тока) нагреваются утюги, электроплитки и т. д.

В соответствии с этим на приборах нередко обозначается их мощность, т. е. мощность тока, необходимая для нормального действия этих приборов. Так, например, для нормальной работы электроплитки на 220 В мощностью 500 Вт требуется ток около 2,3 А при напряжении 220 В (2.3 * 220 = 500).

На практике применяют более крупные единицы мощности: 1 гВт (гектоватт) = 100 Вт и 1 кВт (киловатт) = 1000 Вт.

Таким образом, 1 Вт есть мощность, выделяемая током 1 А в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В.

Единица работы, совершаемой электрическим током в течение 1 с при помощи 1 Вт, называется ватт-секундой, или иначе джоулем. Применяют и более крупные единицы работы: 1 гектоватт-час (гВт*ч) или 1 киловатт-час (кВт*ч), который равен работе, совершаемой электрическим током в течение 1 ч при мощности 1 кВт.

Длину и диаметр проволоки нагревательного элемента рассчитывают исходя из величины напряжения сети и заданной мощности нагревательного элемента. Сила тока при данном напряжении и мощности определяется по формуле:

омическое сопротивление проводника всегда вычисляется по формуле:

Зная величину тока, можно найти диаметр и сечение проволоки.

Основные данные для расчета нагревательных элементов:

Допустимая сила тока, А	1	2	3	4	5	6	7
Диаметр нихромовой проволоки при температуре 700° С, мм	0,17	0,3	0,45	0,55	0,65	0,75	0,85
Площадь поперечного сечения проволоки, мм2	0,0227	0,0707	0,159	0,238	0,332	0,442	0,57

Подставляя полученные значения в формулу:

где: l - длина проволоки, м; S - сечение проволоки, мм^2; R - сопротивление проволоки, Ом; р-удельное сопротивление проволоки (для нихрома р = 1,1, для фехраля р =1,3), Ом*мм^2/м, получим необходимую длину проволоки для нагревательного элемента.

Пример. Определить длину проволоки из нихрома для нагревательного элемента плитки мощностью Р = 600 Вт при напряжении сети U = 220 В.

По этим данным находим диаметр и сечение проволоки: d= 0,45 мм, S = 0,159 мм^2. Тогда длина проволоки будет равна:

Точно так же можно рассчитать нагревательные элементы и для других электронагревательных приборов.

Примечание. При эксплуатации электрорадиотехнической аппаратуры необходимо знать сечение монтажных проводов - в зависимости от величины проходящего по ним тока. В таблице приведены максимально допустимые токи нагрузки для медных проводов различного сечения.

1. Температура тела здорового человека равна +36,6 °С — такую температуру называют нормальной. На рисунке изображены три термометра. Чему равна цена деления того термометра, который подойдет для измерения температуры тела с необходимой точностью?

Дайте ответ в градусах Цельсия.

2. Влажная почва прогревается быстрее, чем сухая. Благодаря какому физическому свойству воды так происходит? Объясните, почему так происходит.

3. Вася посмотрел на упаковочную коробку электрочайника, и ему стало интересно выяснить, каково значение силы тока, текущего через чайник при его включении в розетку. Помогите Васе найти это значение силы тока, если напряжение в розетке составляет 220 В.

4. На графике показана зависимость температуры некоторого вещества от подведённого к нему количества теплоты. Найдите удельную теплоёмкость этого вещества при изменении его температуры от 80 °C до 100 °C. Масса вещества 0,8 кг.

5. Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения 2,2 кг воды, начальная температура которой 10 °С. Сила тока в нагревателе 7 А, КПД нагревателя равен 45%. Чему равно напряжение в электрической сети? Ответ дайте в вольтах.

6. Вычислите, сколько энергии выделится при полном сгорании древесного угля массой 200 г.

Удельная теплота сгорания древесного угля Ответ дайте в МДж.

7. В таблице указаны приближённые значения ускорений свободного падения на поверхности некоторых небесных тел Солнечной системы. Вес некоторого предмета, покоящегося на Земле, равен 2000 Н. Каким будет вес этого предмета, если он будет покоиться на Луне? Ответ округлите до целого числа.

Небесное тело

Ускорение
свободного падения, Н/кг

9. Кабина трактора имеет массу 234 кг и сделана из стали, плотность которой равна 7,8 г/см 3 .

1) Какой объём стали использован для изготовления кабины? Ответ дайте с точностью до сотых.

2) На сколько меньше будет масса этой кабины, если сделать её из пластмассы, плотность которой равна 1200 кг/м 3 ? Ответ дайте с точностью до целых.

Ответ: 1) объём стали м 3 2) масса кг.

10. При изготовлении льда в морозильной камере домашнего холодильника потребовалось 8 мин для того, чтобы охладить воду от 4 °С до 0 °С. Удельная теплоёмкость воды c_в = 4200 Дж/(кг · °C), удельная теплоёмкость льда c_л = 2100 Дж/(кг · °C), удельная теплота плавления льда λ = 330 кДж/кг.

1) Какое количество теплоты отдала вода при охлаждении до 0 °С, если её масса 100 г?

2) Сколько времени потребуется для превращения этой воды в лёд, если мощность холодильника не меняется? Ответ выразить в минутах и округлить до целого числа.

3) Для охлаждения лимонада на празднике Пете потребуется 500 г льда. За какое время до прихода гостей он должен поставить в холодильник воду при температуре 4 °С, чтобы она успела замёрзнуть?

Напишите полное решение этой задачи.

11. Федя взял стрелочный вольтметр, рассчитанный на измерение напряжения не более 5 В, и решил увеличить его предел измерений до 15 В. Для этого Федя припаял к одному из выходов вольтметра дополнительный резистор и переградуировал шкалу прибора, получив тем самым вольтметр с увеличенным внутренним сопротивлением и расширенным диапазоном измерений. То есть, когда вольтметр по старой шкале показывал значение напряжения 5 В, на новой шкале стрелка указывала на деление в 15 В.

1) Если напряжение на последовательно соединённых вольтметре и дополнительном резисторе составляет 15 В, а напряжение на вольтметре составляет 5 В, то чему равно напряжение на резисторе?

2) Если считать, что внутреннее сопротивление вольтметра составляет 3 кОм, то чему равно сопротивление дополнительного резистора, который Федя припаял к вольтметру?

3) Точность изготовления резисторов на заводе составляет ± 5 %. В каком диапазоне может лежать суммарная величина напряжения на резисторе и вольтметре, если вольтметр по старой шкале показывает 3 В? Считайте показания вольтметра по старой шкале точными.

Напишите полное решение этой задачи.

Дайте ответ в градусах Цельсия.

Решение. Второй градусник не подойдет, так как его предел измерений меньше необходимого. Третий градусник не обладает достаточной точностью. Подойдет первый градусник. Его цена деления 1 : 10 = 0,1 °С.

Решение. Вода обладает большой теплопроводностью по сравнению с воздухом. В порах влажной почвы содержится вода, а в порах сухой почвы — воздух. Поэтому влажная почва имеет большую теплопроводность и прогреется быстрее.

Решение. Силу тока можем найти по формуле

Решение. При изменении температуры от 70 до 90 °С удельная теплоемкость такая же, как и при изменении температуры от 60 до 110 °С. Удельная теплоемкость равна

Решение. КПД нагревателя — есть отношение теплоты Q₁, поглощённой водой к теплоте Q₂, выделившейся на нагревателе за то же время:

6. Вычислите, сколько энергии выделится при полном сгорании древесного угля массой 200 г.

Удельная теплота сгорания древесного угля Ответ дайте в МДж.

Как выбрать электрический чайник ? Чайники, которые работают от сети, принято классифицировать по особенностям нагревательного элемента. Это основа элекрочайника, ведь от нагревательного элемента напрямую зависит срок службы прибора. В современных чайниках устанавливается нагревательный элемент (спираль), который может быть открытым или закрытым.

В моделях с открытым нагревательным элементом вода контактирует со спиралью. Такие электрочайники выгодно отличаются от дисковых по цене. Недостатком таких моделей считают неизбежное скапливание накипи на спиральном нагревательном элементе. Впоследствии накипь будет осыпаться и может попадать к вам в чай.

Электрочайники с закрытым нагревательным элементом проще в уходе. Спираль расположена под металлическим диском и не контактирует непосредственно с водой. Вода в таком чайнике закипит быстрее. Чайник можно легко установить на подставку (что не всегда удобно в чайниках со спиральным нагревательным элементом) и вращать на 360 градусов. Накипь с диска удаляется очень легко, чего нельзя сказать о спирали. Такие чайники тоже работают довольно тихо.

Для большинства людей, которые задумались о покупке этого бытового прибора, большое значение имеет дизайн электрочайника. Ведь он будет стоять на столе, а значит, будет всегда на виду и станет полноценным предметом интерьера вашей кухни. Благодаря многообразию форм и цветовых решений современных электрических чайников, вы сможете выбрать модель, которая идеально подойдет для вашего дома или офиса. Чаще всего в магазинах можно встретить электрочайники с пластиковым или металлическим корпусом.

Хорошие пластиковые чайники изготовлены из прочного химически инертного материала. Преимуществом пластиковых моделей является легкость, а дополнительным козырем – разнообразие цветовой гаммы. Такие чайники не очень нагреваются во время работы и медленно остывают. Вы можете выбрать как цилиндрические, так и оригинальные шарообразные чайники из пластика или ударопрочного стекла.

Если решили выбрать стеклянный чайник , обратите внимание на то, что он требует регулярного ухода, поскольку на стеклянных стенках хорошо видна накипь. Также, он довольно хрупок.

Металлические чайники , которые выполнены из стали или алюминия, отличаются долговечностью, прочностью и стильным дизайном. Часто их украшает цветная мягкая подсветка основания или корпуса. Конечно, металлические чайники отличаются от пластиковых по цене в сторону увеличения, зато они служат намного дольше и ухаживать за ними гораздо легче.

Керамические электрочайники превосходят металлические и пластиковые модели по своей экологичности, но у них тот же недостаток, что и у стеклянных – повышенная хрупкость. Нагревается керамика достаточно долго, но и сохранять тепло такой чайник будет дольше.

Ко всем электрическим приборам предъявляются высокие требования безопасности , и чайник – не исключение. Автоматическое отключение нагрева при снятии или закипании – обязательная опция для современного электрочайника. В некоторых моделях предусмотрено автоматическое отключение при отсутствии воды. Неотъемлемой частью хорошего прибора является фильтр от накипи , ведь накипь может испортить вкус самого дорогого чая. Хорошо, если фильтры в вашем чайнике будут съемными, чтобы можно было время от времени мыть их.

Закон Джоуля-Ленца описывает тепловое действие электрического тока и находит широкое применение в электротехнике. В сегодняшней статье разберем несколько задач на закон Джоуля-Ленца.

Лень решать задачи? Зайдите на наш телеграм-канал: там найдется много интересного для всех учащихся. А если вы решили обратиться к нам за помощью, не упустите выгоду и обязательно прочекайте приятные скидки и акции на нашем втором канале.

Закон Джоуля-Ленца: задачи с решением

Для решения любой физической задачи существует алгоритм: сначала записываются все известные данные, затем определяются величины, которые нужно найти. Подробнее о решении физических задач читайте в нашей памятке для студентов. Также советуем держать под рукой формулы, это существенно облегчит процесс решения.

Кстати, если вы интересуетесь задачами на закон Джоуля-Ленца, вам также может быть полезно ознакомиться с задачами на мощность тока.

Задача на закон Джоуля-Ленца №1

Условие

Какое количество теплоты выделяет за 5 минут нагреватель электрочайника, если его сопротивление равно 30 Ом, а сила тока в цепи 1,5 А?

Решение

Это простейшая задача на закон Джоуля-Ленца для участка цепи. Запишем сам закон:

Подставив значения из условия в формулу, найдем:

Q = 1 , 5 2 · 30 · 300 = 20250 Д ж

Ответ: 20,25 кДж.

Задача на закон Джоуля-Ленца №2

Условие

Какое количество теплоты выделит за 40 минут спираль электроплитки, если сила тока в цепи 3 А, а напряжение 220 В?

Решение

Эта также простейшая задача на закон Джоуля-Ленца, но, в отличие от первой задачи, при ее решении используется другая формулировка закона. Сначала запишем закон Джоуля-Ленца:

Теперь перепишем его с учетом закона Ома:

I = U R R = U I Q = I 2 U I t = I U t

Осталось подставить значения и вычислить:

Q = 3 · 220 · 2400 = 1 , 584 М Д ж

Ответ: 1,584 МДж.

Задача на закон Джоуля-Ленца №3

Условие

Сколько минут ток шел по проводнику сопротивлением 25 Ом, если при силе тока 1 А проводник вылелил 6 кДж теплоты.

Решение

Запишем закон Джоуля-Ленца и выразим время:

Q = I 2 R t t = Q I 2 R

t = 6000 1 2 · 25 = 240 c = 4 м и н

Ответ: 4 минуты.

При расчетах не забывайте переводить все величины из условия в систему СИ.

Задача на закон Джоуля-Ленца №4

Условие

Электрическая плитка при силе тока 4 А за 20 минут потребляет 1000 кДж энергии. Рассчитайте сопротивление плитки.

Решение

Выразим сопротивление из закона Джоуля-Ленца:

Q = I 2 R t R = Q I 2 t

Подставим значения и вычислим:

R = 1000 · 10 3 16 · 1200 = 52 О м

Ответ: 52 Ом.

Задача на закон Джоуля-Ленца №5

Условие

По проводнику с сопротивлением 6 Ом пропускали постоянный ток в течение 9 c. Какое количество теплоты выделилось в проводнике за это время, если через его сечение прошел заряд 3 Кл?

Решение

Заряд можно определить, зная время и силу тока. А зная заряд и врямя, за которое он прошел по проводнику, найдем силу тока:

Запишем закон Джоуля-Ленца для количества теплоты:

Q = I 2 R t Q = q 2 t 2 R t = q 2 R t

Подставим значения и вычислим:

Q = 3 2 · 6 9 = 6 Д ж

Ответ: 6 Дж.

Вопросы на закон Джоуля-Ленца

Вопрос 1. Как звучит закон Джоуля-Ленца?

Ответ. Закон Джоуля-Ленца гласит:

Количество теплоты, выделившейся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Вопрос 2. Почему проводник с током нагревается?

Ответ. При прохождении тока по проводнику положительные ионы в узлах кристаллических решеток проводника за счет энергии тока начинают сильнее колебаться. Это сопровождается увеличением внутренней энергии проводника, т.е. его нагреванием. При этом энергия тока выделяется в виде теплоты, которую называют джоулевым теплом.

Вопрос 3. Как был открыт закон Джоуля-Ленца?

Ответ. По спирали, помещенной в калориметр с водой, пропускали электрический ток. Через некоторое время вода нагревалась. По температуре воды можно было вычислить количество выделившейся теплоты. Эмпирическим путем было доказано, что при прохождении тока по проводнику, обладающему определенным сопротивлением, в течение времени током совершается работа, проявляющаяся в виде выделившейся теплоты.

Английский физик Джеймс Джоуль и русский физик Эмилий Ленц изучали зависимость количества выделяемой теплоты от силы тока одновременно. Они пришли к одному и тому же выводу независимо друг от друга.

Вопрос 4. Как еще можно записать закон Джоуля-Ленца?

Ответ. Воспользовавшись законом Ома для участа цепи, закон Джоуля-Ленца можно переписать следующим образом:

Q = U I t = U 2 R t

Вопрос 5. Каково практическое применение закона Джоуля-Ленца?

Ответ. Закон Джоуля-Ленца находит широкое применение на практике:

На нем основан принцип действия многих нагревательных приборов (чайник, электроплитка, фен, утюг, паяльник и т.д).
На принципе закона Джоуля-Ленца основана контактная сварка, где создание неразъемного сварного соединения достигается путем нагрева металла за счет проходящего через него электрического тока и пластической деформации свариваемых деталей путем сжатия. Электродуговая сварка также использует закон Джоуля-Ленца.
Расчеты на основе закона Джоуля-Ленца позволяют стабилизировать и минимизировать тепловые потери в линиях электропередач.

Нужна помощь в решении задач и выполнении других заданий по учебе? Обращайтесь в профессиональный сервис для учащихся в любое время.

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Читайте также: