Номер 298, страница 97 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Московкина, Волков

8 класс. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца - номер 298, страница 97.

Условие.

298. Электрическая лампа мощностью 60 Вт опущена в прозрачный калориметр, содержащий 600 г воды. За 5 мин вода в калориметре нагрелась на 4 °С. Какую часть энергии, потребляемую лампой, калориметр пропускает наружу в виде излучения? Теплоемкостью калориметра пренебречь.

Решение.

Дано:

Мощность лампы, $P = 60$ Вт
Масса воды, $m = 600$ г
Время, $t = 5$ мин
Изменение температуры воды, $\Delta T = 4$ °C
Удельная теплоемкость воды, $c = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C}$

Перевод в систему СИ:
$m = 600 \text{ г} = 0.6 \text{ кг}$
$t = 5 \text{ мин} = 5 \cdot 60 \text{ с} = 300 \text{ с}$

Найти:

Часть энергии, пропускаемой наружу, $\eta_{изл} = \frac{E_{изл}}{E_{полн}}$

Решение:

1. Сначала вычислим полную энергию $E_{полн}$, которую потребила электрическая лампа за 5 минут. Энергия равна произведению мощности $\text{P}$ на время работы $\text{t}$.

$E_{полн} = P \cdot t$

$E_{полн} = 60 \text{ Вт} \cdot 300 \text{ с} = 18000 \text{ Дж}$

2. Затем рассчитаем количество теплоты $Q_{нагр}$, которое пошло на нагревание воды в калориметре. По условию, теплоемкостью самого калориметра можно пренебречь.

$Q_{нагр} = c \cdot m \cdot \Delta T$

$Q_{нагр} = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °C} \cdot 0.6 \text{ кг} \cdot 4 \text{ °C} = 10080 \text{ Дж}$

3. Полная энергия, выделившаяся лампой, расходуется на нагревание воды и на излучение во внешнюю среду. Энергия, которая ушла наружу в виде излучения $E_{изл}$, будет равна разности между полной энергией лампы и энергией, поглощенной водой.

$E_{изл} = E_{полн} - Q_{нагр}$

$E_{изл} = 18000 \text{ Дж} - 10080 \text{ Дж} = 7920 \text{ Дж}$

4. Чтобы найти, какую часть энергии калориметр пропускает наружу, необходимо разделить энергию излучения $E_{изл}$ на полную энергию, потребленную лампой $E_{полн}$.

$\eta_{изл} = \frac{E_{изл}}{E_{полн}}$

$\eta_{изл} = \frac{7920 \text{ Дж}}{18000 \text{ Дж}} = 0.44$

Эту величину также можно выразить в процентах: $0.44 \cdot 100\% = 44\%$.

Ответ: калориметр пропускает наружу 0,44 (или 44%) от всей энергии, потребляемой лампой.