Номер 1, страница 36 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Творческие задания. § 11. Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля - Ленца. Глава 1. Постоянный электрический ток - номер 1, страница 36.

ТВОРЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

1. По паспортам бытовых приборов, имеющихся у вас в доме, выясните потребляемую ими мощность. Результаты представьте в виде таблицы. Оцените вклад этих приборов в обогрев воздуха в вашем доме.

Для ответа на этот вопрос необходимо изучить технические паспорта или наклейки на корпусах бытовых приборов. Поскольку у меня нет доступа к конкретным приборам, я приведу таблицу со средними значениями мощности для наиболее распространенной бытовой техники.

Бытовой прибор	Средняя потребляемая мощность, Вт
Электрический чайник	1500 – 2500
Утюг	1800 – 2400
Стиральная машина (при нагреве)	2000 – 2500
Микроволновая печь	800 – 1500
Персональный компьютер (с монитором)	200 – 500
Холодильник (в режиме работы)	150 – 300
Телевизор (ЖК/LED)	50 – 150
Ноутбук	45 – 90
Светодиодная лампа	5 – 15

Оценка вклада приборов в обогрев воздуха в доме

Любой работающий электрический прибор выделяет тепло. Согласно закону сохранения энергии и закону Джоуля-Ленца, практически вся потребляемая из сети электрическая энергия в конечном счете преобразуется во внутреннюю энергию окружающих тел, то есть в тепло. Исключение составляют приборы, совершающие работу против внешних сил (например, вентилятор, выдувающий воздух из комнаты). Свет, излучаемый лампами или экранами, поглощается стенами и мебелью, также превращаясь в тепло. Звук от динамиков затухает, и его энергия тоже переходит в тепловую.

Следовательно, каждый включенный прибор работает как небольшой обогреватель, а его тепловая мощность практически равна потребляемой электрической мощности. Летом это приводит к дополнительному нагреву помещений, а зимой — помогает системе отопления.

Чтобы количественно оценить этот вклад, проведем расчет для гипотетической ситуации.

Дано:

Размеры комнаты: длина $a = 5$ м, ширина $b = 4$ м, высота $h = 2.5$ м.

В комнате работают приборы: персональный компьютер ($P_1 = 300$ Вт) и телевизор ($P_2 = 100$ Вт).

Время работы приборов: $t = 1$ час.

Физические константы:

Удельная теплоемкость воздуха: $c \approx 1005$ Дж/(кг·°C).

Плотность воздуха: $\rho \approx 1.2$ кг/м³.

Перевод данных в систему СИ:

Время $t = 1 \text{ час} = 3600 \text{ с}$.

Остальные величины уже представлены в единицах СИ.

Найти:

$\Delta T$ — теоретическое изменение температуры воздуха в комнате.

Решение:

1. Определим суммарную электрическую мощность, которая будет преобразована в тепло:

$P_{общ} = P_1 + P_2 = 300 \text{ Вт} + 100 \text{ Вт} = 400 \text{ Вт}$

2. Рассчитаем количество теплоты $Q$, которое выделится за время $t$:

$Q = P_{общ} \cdot t = 400 \text{ Вт} \cdot 3600 \text{ с} = 1\;440\;000 \text{ Дж}$

3. Вычислим объем $V$ и массу $m$ воздуха в комнате:

$V = a \cdot b \cdot h = 5 \text{ м} \cdot 4 \text{ м} \cdot 2.5 \text{ м} = 50 \text{ м}^3$

$m = \rho \cdot V = 1.2 \text{ кг/м}^3 \cdot 50 \text{ м}^3 = 60 \text{ кг}$

4. Изменение температуры $\Delta T$ найдем из формулы количества теплоты $Q = c \cdot m \cdot \Delta T$:

$\Delta T = \frac{Q}{c \cdot m}$

5. Подставим числовые значения и произведем расчет:

$\Delta T = \frac{1\;440\;000 \text{ Дж}}{1005 \text{ Дж/(кг·°C)} \cdot 60 \text{ кг}} \approx 23.9 \text{ °C}$

Данный расчет является модельным и предполагает, что комната идеально теплоизолирована и герметична. В реальных условиях теплопотери через стены, окна и вентиляцию приведут к тому, что фактическое повышение температуры будет значительно меньше. Тем не менее, расчет наглядно демонстрирует, что вклад бытовых приборов в нагрев воздуха в помещении очень существенен.

Ответ: Мощность распространенных бытовых приборов приведена в таблице. Вклад этих приборов в обогрев воздуха в доме является прямым следствием закона сохранения энергии: почти вся потребленная электроэнергия переходит в тепло. Расчет показывает, что суммарная мощность приборов в 400 Вт за час работы в идеально изолированной комнате объемом 50 м³ может теоретически повысить температуру воздуха на 23.9 °C. Это подтверждает, что бытовая техника является значительным источником тепла в жилых помещениях.